卟啉類太陽能電池敏化劑的理論研究.pdf

1、卟啉類化合物在染料敏化太陽能電池敏化劑方面存在著巨大的應用潛力。本論文使用量子化學方法研究了系列卟啉化合物分子結構與分子性能之間的構效關系,初步建立了一種能夠預測卟啉類化合物分子特定性質(zhì)的新方法,并設計出可能比已有文獻報道的敏化劑性能更好的卟啉類敏化劑候選體分子,進一步用于發(fā)展較高光電轉(zhuǎn)換效率的染料敏化太陽能電池。
　　本論文作為國家自然科學基金資助項目(No.20501011)的部分工作,在以下四個方面的研究工作中獲得了一些有意

2、義的研究結果:
　　1.四苯基卟啉鋅類敏化劑的理論研究
　　采用密度泛函B3LYP方法和6-31G(D)基組分別計算了四苯基卟啉鋅和A-I9種含有羧基的小分子受體的分子軌道能級,篩選出了合適的電子供受體對敏化劑候選體分子。然后在 B3LYP/LANL2DZ水平上探討了分子軌道能級以及電子吸收光譜和敏化劑分子性能之間的關系;結合實驗數(shù)據(jù)進行比較,發(fā)現(xiàn)分子的軌道能級差(HOMO-LUMO)越小,分子的光電轉(zhuǎn)化效率越高。結果表明:

3、利用分子軌道能級篩選敏化劑候選體的思路是可行的。
　　2.卟啉分子取代基效應的理論研究
　　在密度泛函B3LYP/6-31G(D)水平上計算了卟吩、11種橋碳取代氫卟啉分子以及9種含有羧基的小分子受體的分子軌道能級,研究了不同取代基對分子軌道能級變化的影響。從中篩選出了合適的電子供受體對來做為卟啉類敏化劑候選體。結果表明:分子的HOMO、LUMO軌道能級隨著取代基供電子性質(zhì)的增強依次升高;篩選出的取代卟啉類敏化劑敏化太陽能電

4、池的光電轉(zhuǎn)換效率很有可能超過ZnTPPG的7.1％。
　　3.炔基橋連三苯基卟啉鋅類化合物的理論研究
　　采用密度泛函B3LYP方法和3-21G*基組分別計算了三苯基卟啉鋅(ZnTriPP)和A-T20種含有炔基的受體小分子的分子軌道能級,篩選出了合適的電子供受體對敏化劑候選體分子。結果表明:設計篩選的部分炔基橋連卟啉類敏化劑候選體的軌道能級差較小,光電轉(zhuǎn)換效率很有可能超越最好的炔基橋連卟啉類敏化劑6.0%的光電轉(zhuǎn)換效率。<

5、br>　　4.新型炔基橋連卟啉類敏化劑候選體的理論研究
　　采用密度泛函B3LYP方法和3-21G*基組研究了以二芳氨、對甲苯、羥基以及氨基取代卟啉鋅做為電子供體,篩選出的5種含炔基小分子做為電子受體形成的電子供受體對敏化劑分子的電子結構和光譜性質(zhì)。結果發(fā)現(xiàn):敏化劑候選體分子的軌道能級差均較小,電子吸收光譜明顯紅移,其中氨基取代卟啉鋅類化合物是最好的敏化劑候選體體系。氨基取代卟啉鋅類敏化劑候選體分子敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率均可