几个苯环芳香化合物的精细电子光谱及其在染料敏化太阳电池中的应用

发布时间：2017-11-15 22:32

  本文关键词：几个苯环芳香化合物的精细电子光谱及其在染料敏化太阳电池中的应用

  更多相关文章： 染料敏化太阳能电池 NKX-2587 Franck-Condon Duschinsky Herzberg-Teller

【摘要】：本文采用密度泛函理论和含时密度泛函理论中的(TD)B3LYP、(TD)PBE0、(TD)m PW1PW91、(TD)BHand HLYP、(TD)M06L、(TD)M062X、(TD)CAM-B3LYP和(TD)LC-BLYP八种杂化泛函,分别对吲哚类化合物吲哚(indole)、3-甲基吲哚(3-methylindole)、苯并咪唑(benzimidazole)和茚(indene)四个分子的基态、第一激发态和第二激发态的平衡结构、偶极矩、振子强度、绝热激发能和振动频率进行了计算,并将计算结果与相应的实验值和先前的理论值进行对比,通过理论计算值与实验值的对比确定最低的激发态。在Franck-Condon近似下,模拟了这四个分子S_0(?)S_1的精细电子光谱。通过与实验值的对比,我们对实验中未给出指认和不确定的振动模进行了试探性的指认。在理论模拟过程中考虑了Duschinsky和Herzberg-Teller(HT)效应对这四个分子的吸收和发射光谱的影响。同时分别讨论了Duschinsky和HT效应对不同振动模的影响。除此之外,对吲哚和3-甲基吲哚,我们也考虑了非简谐振动效应对分子光谱的影响。为了探索振动效应对光谱和光电转换效率的影响,我们通过改变实验分子NKX-2587桥链中五元环上的杂原子(大小和电负性)设计了一系列的染料分子。我们计算了与这一系列染料分子开路电压和短路电流相关的参数,如振子强度、最大吸收波长、驱动力、偶极矩、转移电荷数等,同时将这些参数进行对比分析。我们发现仅仅改变一个杂原子也会影响敏化剂的光电转换效率。为了探索振动效应对光捕获效率的影响,我们对这五个分子的精细电子光谱进行了模拟。通过势能面的分析和振动模的指认,我们发现杂原子的大小和电负性都会影响染料分子的光电转换效率,从精细电子光谱中我们可以清楚的发现低频区的振动模对提高光谱的强度非常重要。为了探索π桥长度对染料敏化太阳能电池光电转换效率的影响,我们增加实验分子NKX-2587π桥上的噻吩数目设计了一系列染料分子,计算了与这一系列染料分子开路电压和短路电流相关的参数,如振子强度、最大吸收波长、驱动力、偶极矩、转移电荷数等,同时将这些参数进行对比分析。同时也模拟了敏化剂的精细电子光谱。结果表明噻吩的数目对提高光谱的强度非常重要,同时敏化剂的结构能够影响光捕获效率(LHE)。1.吲哚和3-甲基吲哚1Lb（？）S0精细电子光谱的研究通过密度泛函和含时密度泛函理论的计算,在Franck-Condon近似下我们模拟了吲哚和3-甲基吲哚的精细电子光谱,同时考虑了Duschinsky、Herzberg-Teller(HT)和非谐振效应。我们可以清楚的看到理论模拟基本重现了吲哚和3-甲基吲哚实验光谱中的大部分振动跃迁。通过理论与实验的对比分析,我们对实验中没有指认的振动模和不确定的振动模进行了试探性的指认。通过考虑不同效应的理论光谱之间的对比,我们发现Duschinsky和HT效应对这两个分子非常重要,非谐振效应的作用相对较小,仅仅影响了一些振动模的位置和强度。除此之外,我们也分别讨论了Duschinsky和HT效应对不同振动模的影响。2.苯并咪唑和茚1Lb?S0精细电子光谱的研究在密度泛函和含时密度泛理论的基础上,我们计算了苯并咪唑和茚分子基态和激发态的结构参数、振动模的振动频率、偶极矩和振子强度。基于这些参数,在Franck-Condon近似下我们模拟了这两个分子的精细电子光谱,同时考虑了Duschinsky和HT效应。通过理论模拟光谱与实验光谱进行对比分析,我们发现理论模拟可以很好的重现实验光谱。对于实验中没有弄清楚的振动模和不确定的振动模,可以通过对理论光谱中相对应的振动模进行试探性的指认。在理论模拟过程中,我们也分别讨论了Duschinsky和Herzberg-Teller效应对光谱模拟的影响。结果表明,对弱的振动跃迁,我们在理论模拟过程中应该考虑Duschinsky和HT效应的影响。3.不同杂原子的振动效应对染料敏化太阳电池光电转换效率的影响为了探索振动结构对染料敏化太阳能电池光电转换效率的影响,我们通过改变实验分子NKX-2587π桥上的一个杂原子(大小和电负性)设计了一系列染料分子,并在Franck-Condon近似下对这些分子的精细电子光谱进行了模拟,同时考虑了Herzberg-Teller和Duschinsky效应。我们使用密度泛函理论和含时密度泛函理论对这些分子基态和激发态势能面进行计算。详细的讨论了与短路电流(Jsc)和开路电压(Voc)有关的参数,如偶极矩(μnormal)、光捕获效率(LHE)、驱动力(?Ginject)、电子注入导带的数量(nc)等等。我们发现,敏化剂分子的结构会影响光电转换效率。为了探索其中的原因,我们对这些敏化剂分子的精细电子光谱进行了模拟。通过振动模的分析和势能分布的讨论。结果表明低频率的振动模对提高光谱的强度非常重要,同时敏化剂的结构能够影响光捕获效率(LHE)。在某种意义上,我们希望我们的研究在一定程度上有利于设计更好的敏化剂和提高光电转换效率(η)。4.含有不同数目噻吩的敏化剂对染料敏化太阳电池光电转换效率的影响为了探索π桥长度对染料敏化太阳能电池光电转换效率的影响,我们增加实验分子NKX-2587π桥上的噻吩数目设计了一系列染料分子,并在Franck-Condon近似下对这些分子的精细电子光谱进行了模拟,同时考虑了Herzberg-Teller和Duschinsky效应。我们使用密度泛函理论和含时密度泛函理论对这些分子基态和激发态频率和分子结构进行计算。详细的讨论了与短路电流(Jsc)和开路电压(Voc)有关的参数,如偶极矩(μnormal)、光捕获效率(LHE)、驱动力(?Ginject)、电子注入导带的数量(nc)等等。我们发现,随着噻吩数目的增加短路电流和开路电压都会随之增加。为了探索其中的原因,我们对这些敏化剂分子的精细电子光谱进行了模拟。通过振动模的分析和势能分布的讨论。结果表明噻吩的数目对提高光谱的强度非常重要,同时敏化剂的结构能够影响光捕获效率(LHE)。
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O625;TM914.4

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