基于POSS(T8)橋聯(lián)的單分子有機(jī)太陽能電池研究.pdf

1、傳統(tǒng)硅太陽能電池生產(chǎn)能耗較高且伴有污染問題，而有機(jī)太陽能電池（organic photovoltaic cells）與傳統(tǒng)硅基太陽能電池相比，其可利用現(xiàn)代有機(jī)化工大規(guī)模生產(chǎn)，柔軟、輕薄和具有生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。本文借助量子化學(xué)理論模擬方法探索基于官能化多面體齊聚倍半硅氧烷（POSS）為橋聯(lián)的單分子有機(jī)太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換過程、激發(fā)子分離過程、電子傳輸速率和載流子易復(fù)合等前沿挑戰(zhàn)性問題，為研究制備具有清潔環(huán)保性、性能穩(wěn)定的新型有機(jī)太陽能電池

2、提供理論基礎(chǔ)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴研究POSS的T4、T6、T8、T10、T12D2d、T12D6h等6種構(gòu)型，通過利用B3LYP/6-31g*和WB97XD/6-31g*方法計(jì)算其分子軌道和勢壘。從勢壘大小分析，只有T8的勢壘深度最小，且具有較高的HOMO能級(jí)和較低的LUMO能級(jí)。從結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析，T8是立方體結(jié)構(gòu)，具有較高的對(duì)稱性和穩(wěn)定性。通過對(duì)比分析，我們選擇T8作為有機(jī)太陽能電池的的橋聯(lián)結(jié)構(gòu)。⑵研究無POSS（T

3、8）和基于T8的兩類Dimmer構(gòu)型，主要是以subPC為給體材料，C70為受體材料。我們建立了subPC-C70-U和subPC-C70-B兩種構(gòu)型。首先利用 B3LYP+GD3/6-31g*方法在真空模型和溶劑（PCM）模型中進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，在此構(gòu)型的基礎(chǔ)上利用不同長程矯正泛函種方法，計(jì)算了分子軌道、開路電壓、電子躍遷激發(fā)態(tài)、吸收激發(fā)態(tài)（吸收光譜）。⑶通過在PCM模型分析，我們發(fā)現(xiàn)subPC-C70-U的電子激發(fā)態(tài)具有較低的吸收激發(fā)能

4、為2.49eV和較低的電子躍遷激發(fā)能為2.45eV，其開路電壓為1.52V和實(shí)驗(yàn)值最接近實(shí)驗(yàn)值0.92~1.08V。從吸收光譜上分析知，具有更強(qiáng)的吸收峰和更為寬的吸收光譜范圍，subPC-T8-C70-U構(gòu)型在第2吸收激發(fā)態(tài)時(shí)其吸收激發(fā)能為2.43eV是最低，在第10躍遷激發(fā)態(tài)能量為2.70eV為最低。在開路電壓上，PCM模型中的開路電壓為1.65V，其開路電壓和實(shí)驗(yàn)值最為接近。在吸收光譜上，其吸收峰增強(qiáng)、吸收光譜主要分布在藍(lán)光、綠光、

5、靛青光譜等光譜范圍。因此在建立的4種構(gòu)型中，subPC-C70-U和subPC-T8-C70-U構(gòu)型更適合作為單分子有機(jī)太陽能電池構(gòu)型。⑷通過上述分析知，subPC-T8-C70-U構(gòu)型和subPC-C70-U構(gòu)型，在開路電壓上subPC-T8-C70-U構(gòu)型增加了0.13V，這有利于PCE的提高。在吸收光譜上拓寬到綠光光譜范圍，這有利于能吸收更多光譜范圍的光子，增加了光波利用范圍。在吸收激發(fā)態(tài)和電子躍遷激發(fā)態(tài)上具有相對(duì)較低的能量，這有