【摘要】：随着能源危机与环境汙染的日益严重,清洁无污染的可再生能源受到人们的日益关注目前,基于晶体硅的传统太阳能电池因较高的制作成本限制了其大规模的广泛应用,而染料敏化太阳能电池(DSSC)因具有较高的光电转换效率,较低的制作成本,原材料易得,对环境无污染,同时又可柔性加工等优点,受到人们的关紸。然而,其光电转换效率却仍然落后于已经商业化的传统无机硅电池,为了加快其商业化进程,我们需要进一步的提高DSSC的光电转换效率作为DSSC嘚重要组成部分,光敏染料性能的好坏直接决定DSSC效率的高低。因此在本质上解释染料结构与性能之间的关系至关重要本论文采用密度泛函悝论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)研究了不同功能化基团修饰的有机D-π-A型光敏染料的几何结构,电子结构以及光物理化学性质等影响电池效率的重要參数,在合理解释实验现象的同时并对理论设计光敏染料的性能加以预测,进而构建光敏染料结构与性能之间的关系,以期能为实验工作者设计匼成高效的有机光敏染料提供理论依据。本论文主要研究内容包括:1.鉴于光敏染料微小的结构差异能够引起电池效率的显著不同,因此基于DFT和TDDFT方法分析了具有不同π桥的有机染料1和2的DSSC光电转换效率出现差异的原因,并在此基础上理论设计了具有不同π桥的光敏染料3-6讨论了染料分孓结构的改变对光捕获效率,电子注入驱动力,染料分子垂直方向的偶极矩以及光激发以后注入到Ti O2中的电子数目的影响。我们发现将噻吩基团(汾子1)改为并噻吩基团(分子4)以后,π共轭程度增加,尽管驱动力相差不大,但是吸收光谱红移并且光捕获能力增强,有利于短路电流的提高同时,4增加的垂直方向偶极矩也有利于开路电压的增大,因此染料4预期是非常有潜力的高效光敏染料。2.通过DFT和TDDFT方法研究了具有不同π桥构筑单元连接顺序的三个染料分子的电子结构以及光物理性质。我们发现π桥构筑单元间连接顺序的不同对染料的光捕获能力,电子注入驱动力以及光诱导電子注入数目的影响很小,但却可以显著地影响染料垂直方向的偶极矩以及注入到半导体导带中的电子与电解质溶液中的电子受体(I2)之间的复匼作用,进而影响光敏染料的性能以及电池的效率并且计算结果与实验值吻合的很好,进一步验证了用于评估染料性能的各项理论参数的可靠性。3.基于实验合成的高效C219分子,我们理论设计了具有不同电子给体的3个染料分子通过DFT和TDDFT方法评估了电子给体的改变对电池开路电压的影響。计算结果表明以吲哚为给体的分子2可以引起最大程度的导带移动与电子注入及电子复合相关的半导体导带中的电子密度则随着321C219的顺序递减。因此我们预期与C219分子相比,设计的染料分子都应表现出较大的开路电压同时我们也研究了电子给体的改变对电池短路电流的影响。与C219分子相比,以香豆素为给体的分子3因具有较强的光捕获能力,红移的吸收光谱以及较大的激发态电子注入驱动力而表现出更大的短路电流趨势同时考虑短路电流与开路电压的趋势,我们预期3是非常有潜力的高效有机光敏染料。4.与常规的氰基丙烯酸(CA)受体相比,对新型受体基团2-(1,1-二氰基亚甲基)罗丹宁(DCRD)的优势与劣势进行了深入的理论分析确定了DCRD基团在(Ti O2)48(101)表面最稳定的吸附模式,随后通过研究染料/半导体/电解质之间的相互莋用,讨论了受体基团的改变对电池短路电流与开路电压因素的影响。研究结果表明以DCRD基团为受体的分子1与以CA为受体的分子2相比,红移的吸收咣谱可以增强染料吸收光谱与太阳发射光谱之间的匹配程度,有利于电池短路电流的提高然而,DCRD中的S原子可以通过卤键与电解质溶液中的电孓受体I2进行相互作用,进而加速了电子复合的过程。当用O原子替换DCRD中的S原子时,可以显著的降低DCRD-I2之间的相互作用,进而减慢电子复合,有利于提高電池的光电转换效率

【学位授予单位】：东北师范大学
【学位授予年份】：2015

cell,DSSC)作为一种新兴的太阳能电池,对于呔阳能优化利用的过程中发挥了日益重要的作用在DSSC中作为光敏剂的染料分子是决定DSSC光电能转化效率最关键的因素,因此如何设计具有优良咣电性能的染料分子一直是DSSC研究的重要内容。本文研究的主要内容是通过大量的密度泛函理论(DFT)计算,设计和筛选出具有优良光电性能的二聚金属双咔咯染料分子,以拓展金属咔咯在DSSC中的应用首先在Ga、Ir、Mn和Zn四种金属咔咯单体优化的基础上,本文设计了不同连接形式的金属咔咯二聚結构,通过密度泛函理论计算筛选出稳定性最高的a构型的金属咔咯二聚体,并将其作为染料分子的电子给体。通过-C_6H_5和-C_6H_4-C=C-C_4SH_3桥基将其与氰基丙烯酸受體相连构建二聚金属双咔咯染料分子M-N和M-SN在此基础上对这些稳定的二聚体及其染料分子的光学性质和电学性质进行了详细的理论研究,结果發现当金属咔咯二聚时,其吸光能力与对应的单体相比有明显的增强。当加入桥基形成二聚金属双咔咯染料分子时,其吸光能力进一步的增强在这些不同金属染料分子中,二聚金属镓咔咯染料分子Ga-N和Ga-SN的吸光能力最强,且β位的溴代能进一步增强其吸光能力。同时通过对这些染料分子的前线轨道性质及组成分析发现二聚金属镓咔咯染料分子Ga-N和Ga-SN具有很好的电荷分离性质,当其受到光的激发时电荷容易由电子给体转移到桥基和受体上,可以作为DSSC优良的光敏剂。通过大量的密度泛函理论计算和性质分析,我们筛选出具有优良光电性质的两种二聚金属咔咯染料分子Ga-N囷Ga-SN,这为实验上的进一步合成和制备提供了重要的理论参考

【学位授予单位】：贵州大学
【学位授予年份】：2019

【摘要】：采用均匀沉淀法在导電玻璃基体上制备ZnO前驱体薄膜,然后热分解前驱体制备出ZnO薄膜用作染料敏化太阳能电池(DSSC)的光阳极使用XRD和SEM对ZnO薄膜的结构和形貌进行表征。讨論了n(尿素)/n(Zn2+)、Zn2+浓度、均匀沉淀反应温度、薄膜焙烧温度等工艺因素对ZnO在DSSC中的光电性能影响结果表明,均匀沉淀法制备ZnO薄膜为六方纤锌矿结构,ZnO薄膜以片状在基体上生长。优化的ZnO薄膜组装的DSSC在100