卟啉類敏化劑和空穴傳輸材料的理論計算與分子設計.pdf

1、為應對能源危機，太陽能電池是目前各國的研究熱點。本論文從理論計算與分子設計角度，研究了染料敏化太陽能電池的關鍵——敏化劑，和鈣鈦礦太陽能電池的關鍵——空穴傳輸層。本論文以密度泛函理論為基礎，采用 Gaussian09軟件包和 Multiwfn軟件，一方面，從理論上解釋實驗結果，探索構效關系的規(guī)律；另一方面，通過有策略的分子設計，驗證規(guī)律，并篩選出有潛力的分子,供合成實驗研究。
　　對卟啉敏化染料的研究發(fā)現，較強的供電基團有助于電荷

2、傳輸，可以提升DSSC的效率；但極強的供電基團，將導致染料的HOMO能級高于電解質溶液(I-/I3-)的能級，以致于氧化態(tài)染料無法被還原再生，電流無法形成閉合回路；烷基鏈長度的增加不影響能級分布，但適宜長度的烷基鏈有助于促進有效激發(fā)，提高短路電流；過低的LUMO能級將顯著降低開路電壓使電池效率大幅下降；新設計的三種D-π-A型卟啉分子LP-2（四苯基卟啉為供電基團，β位引入苯并噻二唑和乙烯基為π橋、以羧基為錨定基團）、LP-4（四苯基卟

3、啉為供電基團，β位引入炔基、苯并噻二唑和苯基為π橋、以羧基為錨定基團）、LP-8（三苯基卟啉為供電基團，meso位引入苯并噻二唑和乙烯基為π橋、以羧基為錨定基團）比較有潛力成為高效敏化劑。
　　對空穴傳輸材料的研究發(fā)現，新設計的分子4-分子7（共軛核心分別是二乙烯基、二乙烯基二噻吩二乙烯基、三噻吩基，端位都是三芳胺取代基）、分子8-分子10（均以芘環(huán)為共軛核心，分別含有一個、兩個和四個二噻吩二芳胺作為端位取代基）、分子12（以芘環(huán)

4、二噻吩芘環(huán)為共軛核心，含有四個二芳胺作為端位取代基）符合能級要求，通過篩選；將苯環(huán)替換為噻吩環(huán)，或增加乙烯基橋的數目，或增加二芳胺取代基數目，減少芘環(huán)數目，可以提高HOMO能級，但會增大重組能。
　　本論文首次采用廣義緊縮福井函數來精確地定量化比較不同供電基團的供電能力，還首次將Tangui Le Bahers模型應用于研究卟啉類敏化劑的電荷傳輸過程；從分子的電子結構與電子性質的角度，對卟啉類敏化劑的實驗結果給予了較為合理的解釋；