当前位置:主页 > 科技论文 > 电力论文 >

有机太阳能电池中光诱导电荷转移的理论研究

发布时间:2017-09-23 16:13

  本文关键词:有机太阳能电池中光诱导电荷转移的理论研究


  更多相关文章: 激发态 电荷转移 光电转化效率 密度泛函方法(DFT)


【摘要】:太阳能电池是一种将光能转换为电能的光电装置。当今市场上最常见的是硅太阳能电池,它主要是以硅类材料作为活性材料的太阳能电池,分为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池等。虽然它们的光电转换效率可以达到24%左右,但是也有很多的不足,比如非常耗材,成本很高,以及工艺复杂等。有机太阳能电池的光电转换效率没有硅太阳能电池的高,但是它却有着硅太阳能电池不能代替的优点,比如原材料来源广泛,加工容易,最主要的是对环境的污染小,这些优点使有机太阳能电池逐渐成为重要的科学研究热点。不管是硅太阳能电池还是有机太阳能电池,光电转换效率的提高一直是科学家们不断追求的目标。本论文主要选取叶绿素a、类胡萝卜素、BT和PC61BM等有机分子作为有机太阳能电池的活性材料。基于量子力学的方法,重点研究该分子体系中的光诱导电荷转移和能量转移,电子和空穴相干性,以及激发态的属性。我们借助三维(3D)可视化技术将光诱导电荷转移过程可视化处理,进一步揭示处于激发态的光功能材料的电荷转移和能量转移机制。通过3D可视化技术,我们明确电荷转移的方向。借助Gauss View 5.0构建分子体系模型,采用密度泛函方法B3LYP泛函和6-31G(d)基组优化供体和受体基态的几何构型。所有的理论计算使用Gaussian 09软件。采用含时密度泛函方法计算有机分子体系的激发态,采用(TD-DFT),CAM-B3LYP函数和6-31G(d)基组,计算该分子体系的振子强度,垂直激发能等。基于Marcus理论和Marcus-Levich-Jortner’s理论,研究分子电荷转移的重组能和自由能,其中供体分子的正离子平衡结构和受体负离子平衡结构分子的优化采用密度泛函方法,B3LYP泛函和6-31G(d)基组。基于优化的负电荷/中性,中性/带电的受体能量,在同一水平理论采用单点能计算。
【关键词】:激发态 电荷转移 光电转化效率 密度泛函方法(DFT)
【学位授予单位】:辽宁大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TM914.4
【目录】:
  • 摘要4-5
  • ABSTRACT5-12
  • 第1章 绪论12-16
  • 1.1 引言12
  • 1.2 太阳能电池12-13
  • 1.3 有机太阳能电池13-16
  • 1.3.1 有机太阳能电池的发展现状13-14
  • 1.3.2 有机太阳能电池的基本结构及原理14-16
  • 第2章 基本理论方法16-31
  • 2.1 分子轨道理论16-18
  • 2.1.1 Hartree-Fock-Roothaan方程16-18
  • 2.2 密度泛函理论18-20
  • 2.3 电子激发态理论20-28
  • 2.3.1 电子跃迁20-22
  • 2.3.2 跃迁选择定则22-24
  • 2.3.3 光诱导分子内的电子转移24-28
  • 2.4 二维、三维实空间分析方法28-31
  • 2.4.1 二维(2D)实空间分析方法28-29
  • 2.4.2 三维(3D)实空间分析方法29-31
  • 第3章 类胡萝卜素-叶绿素a-TiO2生物敏化太阳能电池31-47
  • 3.1 引言31-32
  • 3.2 计算方法32-33
  • 3.3 结果与讨论33-46
  • 3.3.1 单体叶绿素a和类胡萝卜素激发态特性33-40
  • 3.3.2 类胡萝卜素、叶绿素a和TiO2激发态的性质40-46
  • 3.4 小结46-47
  • 第4章 基于Marcus模型,,有机太阳能电池中光诱导电荷转移的研究47-59
  • 4.1 引言47-48
  • 4.2 计算方法48-50
  • 4.2.1 速率计算48-49
  • 4.2.2 量子化学计算49-50
  • 4.3 结果和讨论50-58
  • 4.3.1 激发态特性50-55
  • 4.3.2 电子耦合55-56
  • 4.3.3 激子分离和电荷重组的速率56-58
  • 4.4 小结58-59
  • 第5章 BHJ太阳能电池材料中振动弛豫的光诱导电荷转移59-69
  • 5.1 引言59-60
  • 5.2 计算模型和方法60
  • 5.3 结果与讨论60-67
  • 5.3.1 电荷转移模型60-62
  • 5.3.2 电荷转移速率62
  • 5.3.3 内部重组能62-64
  • 5.3.4 吉布斯自由能64-65
  • 5.3.5 电子耦合矩阵元65-66
  • 5.3.6 电荷重组和激子分离速率66-67
  • 5.4 小结67-69
  • 第6章 总结与展望69-71
  • 致谢71-72
  • 参考文献72-79
  • 硕士期间发表的论文及参与的科研项目79-80

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;德国研制成有机太阳能电池[J];东北电力技术;2001年07期

2 ;德研制成有机太阳能电池[J];世界科技研究与发展;2001年02期

3 严肃;有机太阳能电池即将产业化[J];中南民族大学学报(自然科学版);2002年04期

4 李炳田,任斌,黄河;有机太阳能电池研究进展[J];中山大学学报(自然科学版);2003年S1期

5 李锋;网印有机太阳能电池[J];丝网印刷;2005年07期

6 G.Dennler,N.S.Sariciftci;共轭聚合体有机太阳能电池:从基础研究到发展现状(英文)[J];光散射学报;2005年03期

7 段晓菲,王金亮,毛景,裴坚;有机太阳能电池材料的研究进展[J];大学化学;2005年03期

8 任斌;赖树明;陈卫;黄河;;有机太阳能电池研究进展[J];材料导报;2006年09期

9 李甫;徐建梅;张德;;有机太阳能电池研究现状与进展[J];能源与环境;2007年04期

10 ;有机太阳能电池效率提高至6.5%[J];电子元件与材料;2008年02期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 范斌;田清勇;白华;;可溶性小分子有机太阳能电池[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

2 杝隆建;杝正_7;李宜璇;;可挠式有机太阳能电池之发展技术[A];海峡两岸第十六届照明科技与营销研讨会专题报告暨论文集[C];2009年

3 刘艳;曾庆华;张宪玺;姜建壮;;卟啉、酞菁类有机太阳能电池材料的研究进展[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(下册)[C];2006年

4 陈涛;仰志斌;彭慧胜;;基于碳纳米管纤维的有机太阳能电池[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年

5 仰志斌;陈涛;何瑞旋;彭慧胜;;基于取向碳纳米管膜的柔性有机太阳能电池[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年

6 张坚;杨栋;周玲玉;陈令成;赵斌;李灿;;化学改性氧化石墨烯作为有机太阳能电池空穴传输层[A];2012年两岸三地高分子液晶态与超分子有序结构学术研讨会(暨第十二届全国高分子液晶态与超分子有序结构学术论文报告)会议论文集[C];2012年

7 赵仪;;有机太阳能电池中的相干电荷和能量转移[A];第十三届全国化学动力学会议报告摘要集[C];2013年

8 唐卫华;海杰峰;朱恩伟;卞临沂;;有机太阳能电池用的二维窄带隙聚合物研究[A];2013年全国高分子学术论文报告会论文摘要集——主题G:光电功能高分子[C];2013年

9 易院平;韩广超;沈星星;;有机太阳能电池电子过程的理论模拟[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第17分会:光电功能器件[C];2014年

10 马廷丽;;柔性及叠层薄膜有机太阳能电池研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第7分册)[C];2010年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 记者 顾钢;德支持企业开发有机太阳能电池[N];科技日报;2007年

2 记者 毛黎;美评估有机太阳能电池对环境的影响[N];科技日报;2010年

3 本报驻美国记者 田学科;突破有机太阳能电池技术瓶颈[N];科技日报;2012年

4 刘霞;控制电子自旋可提高有机太阳能电池的效率[N];科技日报;2013年

5 记者 邰举;叠层型有机太阳能电池接近商用[N];科技日报;2007年

6 蔡佳;美国研发可拉伸有机太阳能电池[N];中国建材报;2011年

7 华凌;小分子有机太阳能电池增效50%[N];科技日报;2013年

8 本版编辑邋张浩 郑晓春 邓国庆 毛黎 何屹 顾钢 何永晋;2007年世界科技发展回顾(七)[N];科技日报;2008年

9 记者 马悍德;青海有机太阳能电池研发获重大进展[N];科技日报;2014年

10 记者 贾明;青海有机太阳能电池研发取得重大进展[N];青海日报;2014年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 许美凤;高效稳定的有机太阳能电池的界面研究[D];苏州大学;2015年

2 刘小锐;几种有机太阳能电池供体材料的光伏性能[D];西南大学;2015年

3 于伟利;电沉积制备聚噻吩有序微结构及有机太阳能电池[D];吉林大学;2009年

4 乔芬;基于聚合物的有机太阳能电池的研制与表征[D];大连理工大学;2010年

5 陈向东;有机太阳能电池中的光物理过程研究[D];合肥工业大学;2010年

6 马朝柱;有机太阳能电池电学模型与数值研究[D];兰州大学;2011年

7 陈丽佳;有机太阳能电池界面过程的研究[D];西南大学;2014年

8 杨倩倩;可溶性小分子方酸菁有机太阳能电池的制备及其性能研究[D];北京交通大学;2015年

9 黄江;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[D];电子科技大学;2012年

10 晋芳铭;有机太阳能电池结构设计与性能改善研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2015年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 史绍华;有机太阳能电池中电极修饰的研究[D];大连理工大学;2012年

2 蔡伦;有机太阳能电池中光电流—温度特性的研究[D];西南大学;2015年

3 付智勇;有机太阳能电池D-A型供受体材料的理论研究[D];西南大学;2015年

4 蔡佳林;利用飞秒瞬态时间分辨率吸收光谱对有机太阳能电池的光电转化机理研究[D];河北大学;2015年

5 李盼盼;含傒二酰亚胺(PDIs)单元的有机半导体材料的合成、表征及其应用[D];上海师范大学;2015年

6 张旋;PIN型有机太阳能电池光学特性的数值模拟[D];西安石油大学;2015年

7 丰艳婷;有机太阳能电池中光诱导电荷转移的理论研究[D];辽宁大学;2015年

8 万瑛博;富勒烯二加成衍生物的核磁共振波谱研究[D];苏州大学;2015年

9 徐晓娟;有机太阳能电池/有机—无机杂化钙钛矿太阳能电池的模拟[D];苏州大学;2015年

10 范学东;基于三元体系混合物有机太阳能电池的研究[D];北京交通大学;2010年



本文编号:906201

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/906201.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户76134***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com