当前位置: 首页 > 学术论文 > 太阳能 > 正文

有机太阳能电池材料的理论研究及相关设计

关注热度:68   来源:新能源学术论文  作者:彭先
相似论文 相关推荐 你可能关注 点击排行 我要评论

【摘要】:本文主要使用密度泛函理论(Density Functional Theory)及含时密度泛函理论(Time-dependent Density Functional Theory)研究了一系列有机化合物的光电属性,并通过对其单体和低聚物的计算以及堆积结构的理论研究,设计了新的化合物,并将这些化合物作为有机太阳能电池供体材料、受体材料以及化合物中某些结构对材料性能的影响进行了讨论。 第一节简要介绍了有机太阳能电池的研究现状及其工作原理,同时也对有机太阳能电池中的电子供受体单元,以及有机太阳能电池的性能要求进行了简单介绍。另外,在本节对有机太阳能电池的发展趋势和前景进行了展望,指出了本文所做工作的意义。 第二节详细介绍了本文所使用的理论计算方法——密度泛函理论和含时密度泛函理论(DFT and TD-DFT)。同时,还介绍了几种重要的理论分析方法,例如自然成键轨道(Natural Bond Orbital)分析,自然跃迁轨道(Natural Transition Orbital)分析等。 第三节介绍了运用DFT及TD-DFT理论,在B3LYP/6-31G(d)理论水平下对已设计合成并性能优良的有机太阳能电池供体材料Poly[[1,2,5]thiadiazolo[3,4-c]pyridine-4,7-diyl(4,4-didodecyl-4H-cyclopenta[2,1-b:3,4-b']dithiophene-2,6-diyl)](PT-CDT)的光学、电学以及电荷传输属性进行了表征与分析,并且基于PT-CDT,将氰基引入,设计了一种新的化合物PCNT-CDT,并对它们的单体、二聚体、三聚体的光学、电学、光伏性质以及电荷传输性质进行了表征与分析。研究结果表明,相比于PT-CDT,新设计的材料PCNT-CDT具有更低HOMO能级以产生更高的开路电压,同时也具有更小的空穴和电荷重组能。另外,PCNT-CDT具有更优于PT-CDT的吸收属性及电子传输性能。因此,新设计的材料PCNT-CDT具有成为有机太阳能电池供体材料的可行性。 第四节介绍了基于DFT及TD-DFT理论,在PBE0/6-31G(d)方法、基组下,对已设计并合成出的2,1,3-benzothiadiazole-4,7-diyl(4,9-dihydro-4,4,9,9-tetraoctylthieno[2',3':4,5] silolo[3,2-b]thieno[2",3":4',5']silolo[2',3':4,5]thieno[2,3-d] thiophene-2,7-diyl) D1进行了光学、电学以及传输性能的分析和表征。基于该结构,引入吡啶和并环设计了3种新的分子:pyridine based dimer [1,2,5]thiadiazolo[3,4-c]pyridine-4,7-diyl(4,9-dihydro-4,4,9,9-tetraoctylthieno[2',3':4,5] silolo[3,2-b]thieno[2",3":4',5']silolo[2',3':4,5]thieno[2,3-d]thiophene-2,7-diyl) D2, fused cyclic based naphtho[1,2-c:5,6-c]bis[1,2,5]thiadiazole-4,7-diyl(4,9-dihydro-4,4,9,9-tetraoctylthieno[2',3':4,5]silolo[3,2-b]thieno[2",3":4',5']silolo[2',3':4,5]thieno[2,3-d] thiophene-2,7-diyl) D3和bis[1,2,5]thiadiazolo[3,4-c:3',4'-h][1,5]naphthyridine-4,7-diyl(4,9-dihydro-4,4,9,9-tetraoctylthieno[2',3':4,5]silolo[3,2-b]thieno[2",3":4',5'] silolo[2',3':4,5]thieno[2,3-d]thiophene-2,7-diyl)D4,并对它们的光学、电学、光伏性质以及电荷传输性质进行了分析和比较,同时根据引入吡啶和并环的分子在性能上显示的差异,总结了引入吡啶和并环对太阳能电池供体材料的产生影响的规律。 第五节介绍了在HSEH1PBE/6-311++G**方法和基组水平下,利用DFT和TD-DFT理论,对6,6-phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PC61BM)的能级、光谱进行了表征,并且与供体分子P3HT结合,对其光学性能进行了分析。基于PC61BM的结构,对其进行修饰后,设计出新的受体分子,并对其能级以及光学性能进行分析和比较。研究结果表明,改良后的受体分子具有更高的LUMO能级,使电池能够产生更高的开路电压。
【关键词】:密度泛函理论 有机太阳能电池 供体 受体 传输速率
【学位授予单位】:西南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TM914.4
【目录】:
  • 摘要5-7
  • Abstract7-9
  • 第一节 前言9-19
  • 1.1 有机太阳能电池材料的原理9
  • 1.2 有机太阳能电池材料的结构9-10
  • 1.3 有机太阳能电池材料的研究进展10-13
  • 1.3.1 有机太阳能电池材料的给体材料11-12
  • 1.3.2 有机太阳能电池材料的受体材料12-13
  • 1.4 课题的意义13-14
  • 参考文献14-19
  • 第二节 基本理论19-31
  • 2.1 密度泛函理论(Density Functional Theory,DFT)19-22
  • 2.1.1 基本原理19-21
  • 2.1.2 一些常用的密度泛函方法21-22
  • 2.2 含时密度泛函理论(TD-DFT)22-24
  • 2.3 Marcus电荷转移理论24-26
  • 2.4 自然键轨道理论(Nautual Bond Orbital,NBO)26-27
  • 参考文献27-31
  • 第三节 基于噻二唑衍生物的有机太阳能电池的理论设计31-47
  • 3.1 引言31-32
  • 3.2 计算方法32-33
  • 3.3 结果与讨论33-40
  • 3.3.1 几何结构33-34
  • 3.3.2 电学性质34-36
  • 3.3.3 光学性质36-37
  • 3.3.4 光伏性质37-38
  • 3.3.5 电离能(IPs)、电子亲和势(EAs)、重组能(λ)38-39
  • 3.3.6 空穴传输性能39-40
  • 3.4 结论40-41
  • 参考文献41-47
  • 第四节 关于吡啶和并环对有机太阳能电池供体材料性能影响的理论研究47-61
  • 4.1 引言47-48
  • 4.2 计算方法48-50
  • 4.3 结果与讨论50-55
  • 4.3.1 几何结构50-51
  • 4.3.2 前线分子轨道性质与光伏性能51-52
  • 4.3.3 吸收属性52-54
  • 4.3.4 空穴转移属性54-55
  • 4.4 结论55-56
  • 参考文献56-61
  • 第五节 基于PC_(61)BM的关于有机太阳能电池受体材料的理论设计61-75
  • 5.1 引言61-62
  • 5.2 计算方法62-63
  • 5.3 结果与讨论63-68
  • 5.3.1 几何结构63-64
  • 5.3.2 前线分子轨道性质64-66
  • 5.3.3 紫外可见吸收光谱性质66-68
  • 5.3.4 重组能与电子亲和势68
  • 5.4 结论68-70
  • 参考文献70-75
  • 已发表论文75-77
  • 致谢77


您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

C_(62)及其吡啶衍生物结构与电子光谱的密度泛函理论研究    阚玉和;李强;

聚合物太阳能电池材料的研究进展    曾望东;丁娉;潘春跃;

正交法优化电沉积CuInSe_2薄膜条件的研究    徐玲;刘昌龄;吴世彪;童彬;陈少华;徐立红;

太阳电池及其发展方向    吕建;殷洪亮;

浅析太阳电池并网发电技术    殷洪亮;吕建;

浅谈风光互补发电系统的应用    吕建;殷洪亮;

锂离子电池正极材料钴酸锂近期研制进展    闫时建,田文怀,其鲁

弱光非晶硅太阳电池的研制    吕宝堂,郑君,邹邦涛,王霞,贾兆滨

薄膜太阳电池的最新进展    王育伟;刘小峰;陈婷婷;姜春萍;王瑞林;

有机薄膜太阳电池的研究进展    王琦;王娜娜;于军胜;蒋亚东;

非晶硅太阳电池的衰减与退火    吕宝堂,赵晖,郑君,贾兆滨,邹邦涛

碲化锌插入层对碲化镉太阳电池性能参数影响的分析    鄢强,冯良桓,武莉莉,张静全,郑家贵,蔡伟,蔡亚平,李卫,黎兵,宋慧瑾,夏庚培

Cu_xIn_yGa_zO_n纳米粉体的共沉淀法制备与表征    郑春满;肖静;韦永滔;郭宇杰;谢凯;

Y_2O_3对LaMg_(12)型储氢合金电化学性能的影响    王敬;马兴泰;张莉;吴锋;

聚变堆低活化马氏体钢的发展    黄群英;郁金南;万发荣;李建刚;吴宜灿;

环境友好材料的研究进展    李爱菊;陈红雨;

V_3TiNi_(0.56)Cr_x(x=0.1,0.3)贮氢合金耐碱液腐蚀性能研究    刘守平;田卫国;刘仁龙;刘小军;刘志红;

The Inhibition of Migration and Invasion of Breast Cancer Cells by Pristine Graphene via the Impairment of Mitochondrial Respiration    周合江;征甲甲;张波;虞梅芳;高兴发;陈春英;卫涛涛;

聚合物异质结太阳电池-进展与展望(摘要)    曹镛;吴宏滨;黄飞;陈军武;

基于S-和N-杂环小分子材料的合成、表征    黄红艳;傅妮娜;刘书利;李劝;赵保敏;黄维;

能源纳米器件中的材料与界面研究    陈立桅;

窄带隙共轭聚合物的制备与光伏性能研究    邓丹

Ti-V-Fe系储氢合金的微观结构及储氢性能研究    杭州明

过渡金属铱、钌、铼配合物激发态性质及其相关应用的理论研究    王建

叠氮化氰和几种羰基化合物光解离机理的理论研究    慈成刚

生物多色荧光的起源及机理研究    闵春刚

锂电池电极材料的磁性及电化学性质研究    陈红

锂离子电池正极材料Li-Ni-Mn-O体系的制备与改性研究    窦树梅

用于超级电容器的金属氧化物及其复合电极材料的制备与性能研究    郎俊伟

碳纳米材料与生物小分子间相互作用及保护机理的理论研究    孙文明

若干卤键相互作用的理论研究    赵强

锂离子电池正极材料磷酸锰锂合成方法的研究    秦明

两种含联吡啶配体单体的合成及其聚合反应尝试    杜昆鹏

树脂炭包覆微晶石墨作锂离子电池负极材料研究    徐乐

含8-羟基喹啉的聚合金属配合物的合成及其光伏性能    肖丽芬

含8-羟基喹啉/苯并咪唑聚合金属配合物的合成及光伏性能研究    刘源

染料敏化太阳能电池光阳极和对电极的研究    冯小明

含3,4-乙烯二氧噻吩共轭聚合物与三苯胺基染料的合成及光伏性能研究    田宗芳

氢能载体甲基环己烷在Ni/γ-Al_2O_3催化剂上的脱氢反应研究    陈卓

锂离子电池正极材料LiMPO_4(M=Mn,Fe)的第一性原理研究    聂正新

电极修饰对聚合物光伏电池性能及稳定性的影响    田慧

超薄柔性太阳能电池    于夫;

加拿大国家研究理事会研究开发有机太阳能电池    

加拿大国家研究理事会研究开发有机太阳能电池    

有机太阳能电池效率提高至6.5%    

有机太阳能电池技术及市场展望    庄陶钧;刘亚东;

有机太阳能电池理论转换效率接近100%    叶子;

综研化学和神户大学开发出p型半导体P3HT的新合成法,可用于有机太阳能电池    郑冬冬;

有机太阳能电池研究进展    林鹏,张志峰,熊德平,张梦欣,王丽

德国有机太阳能电池转化效率破世界记录    

德国有机太阳能电池转化效率破世界记录    

可溶性小分子有机太阳能电池    范斌;田清勇;白华;

基于碳纳米管纤维的有机太阳能电池    陈涛;仰志斌;彭慧胜;

基于取向碳纳米管膜的柔性有机太阳能电池    仰志斌;陈涛;何瑞旋;彭慧胜;

柔性及叠层薄膜有机太阳能电池研究    马廷丽;

各向同性/异性的苯并二噻吩类有机共轭小分子光物理性质理论研究    雍雪;张景萍;

采用PEO为阴极修饰层提高有机太阳能电池的稳定性    田慧;徐昊;杨利营;印寿根;

D-A型单分散共轭液晶齐聚物及其组装结构    耿延候;卜腊菊;曲建飞;谢志元;闫东航;王佛松;

9-(二辛基甲基)-2,7-咔唑-alt-5,7-(二噻吩-2基)-2,3-二苯基噻吩并[3,4-b]吡嗪共聚衍生物的合成及其光伏性能研究    李健民;谭华;聂凯旋;黄颖;王亚飞;邓先平;姜鹏程;刘煜;朱卫国;

Rubrene/C_(60)结有机太阳能电池的阳极改性及偏压处理研究    吴冰;刘彭义;李艳武;常鹏;

有机太阳能电池ITO电极的光刻制备法及其研究    席曦;王振交;杨辉;乔琦;季静佳;陆红艳;李果华;

美评估有机太阳能电池对环境的影响    记者 毛黎

美国研发可拉伸有机太阳能电池    蔡佳

德支持企业开发有机太阳能电池    记者 顾钢

有机太阳能电池既可自组装又能自我修复    刘霞

叠层型有机太阳能电池接近商用    记者 邰举

触摸未来电子生活    张德强 高裕弟 刘嵩

光能转换为电能的光电塑料技术    

已在发电效率上取得重要进展    记者 冯海波 通讯员 龚华萍

2007年世界科技发展回顾(七)    本版编辑张浩 郑晓春 邓国庆 毛黎 何屹 顾钢 何永晋

世界各国加快太阳能应用    刘林森

有机太阳能电池中的光物理过程研究    陈向东

有机太阳能电池电学模型与数值研究    马朝柱

有机太阳能电池界面过程的研究    陈丽佳

有机太阳能电池的电荷转移态等效电路和多重电荷分离界面研究    黄江

基于聚合物的有机太阳能电池的研制与表征    乔芬

基于卟啉的小分子和聚合物的合成及其光伏性能研究    黄玉英

用于溶液工艺光电器件的金属氧化物界面层材料研究    白赛

可溶液加工的给受体型有机小分子材料的设计合成及光伏性能    李慧

有机聚合物体异质结太阳能电池:分子结构,表面形貌与新型器件结构    周印华

电沉积制备聚噻吩有序微结构及有机太阳能电池    于伟利

基于酞菁类金属配合物的有机太阳能电池研究    杨汀

有机太阳能电池中电极修饰的研究    史绍华

聚合物和小分子有机太阳能电池的制备和表征    闫鹏

有机太阳能电池的电极调控    杨彬彬

基于三元体系混合物有机太阳能电池的研究    范学东

银纳米颗粒表面等离子体增强有机太阳能电池研究    周子游

利用纳米材料的光学特性提高有机太阳能电池效率的研究    乔琳芳

体异质结有机太阳能电池光电性能的研究    刘峰

具有大π结构新型有机太阳能电池受体材料的研制    董雷

有机太阳能电池制作和特性研究    景广华

 
关键词: 密度泛函理论

[ 学术论文搜索 ]  [ 加入收藏 ]  [ 告诉好友 ]  [ 打印本文 ]  [ 违规举报 ]  [ 关闭窗口 ]

 
相关学术论文推荐
 
0条 [查看全部]  相关评论
 
推荐论文
智能推荐
 
网站首页 | 关于我们 | 联系方式 | 使用协议 | 版权隐私 | 排名推广 | 广告服务 | 积分换礼 | 网站留言