收藏本站
收藏 | 论文排版

亚酞菁及其衍生物光伏性能的理论研究

彭索萍  
【摘要】:目前,太阳能电池是被研究得最为广泛且商业化程度最高的新能源技术。其中,硅太阳能电池是转化效率最高、商业化范围最广的太阳能电池。但是,硅太阳能电池具有制造成本高、质量重、使用不方便等缺点,限制了它的发展。有机太阳能电池在某种程度上克服了硅太阳能电池的缺点,成为了研究的热点。密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TDDFT)早在上个世纪就已经被用于研究太阳能电池的性能且取得了令人满意的结果。本文利用密度泛函理论和含时密度泛函理论对亚酞菁进行了改性研究,主要包括以下三个方面的内容:(1)由于亚酞菁具有独特的光学和电子特性,已被实验工作者和计算化学家们广泛研究。实验上,已有通过轴向、边缘、中心取代或环扩张等方法来改变亚酞菁的光学和物理性质。在第3章的工作中,我们设计了一系列新的金属取代(硼原子的中心取代)亚酞菁(MSubPC,M=Fe,Co,Ni,Cu和Zn),并利用密度泛函理论研究它们的光伏性能。该系列在气相和极化连续介质模型(PCM)中的优化结果表明它们是化学稳定的。我们还预测了它们的电子结构和物理性质。为了探索该系列是否可用于有机太阳能电池,我们以这些金属化合物为给体,富勒烯(C60)为受体建模,并模拟其光伏性质。结果表明,由于FeSubPC/C60和CoSubPC/C60在可见光区域具有强光子吸收和相对高的开路电压而具有很大的潜力用于有机太阳能电池。此外,MSubPC/C60系列的bed构型,即由金属-碳键合而成为一系列新的给-受一体的稠合分子材料,具有良好的光学和电子特性。(2)亚萘酞菁(SubAPPC)是具有六元核心扩展的亚酞菁的衍生物,其在可见区域具有宽的吸收范围并且具有成为新的光电材料的巨大潜力。然而,中心扩环如何影响硼亚酞菁氯的电子和光学性质仍然是一个悬而未决的问题。在第4章的工作中,我们利用密度泛函理论分别研究了具有一个,两个和三个六元环的不同亚萘酞菁分子(SubAPPCs)。我们计算了三个分子的弛豫能,电子结构,紫外-可见光谱和激子结合能,并使用经验方程粗略预测了SubAPPCs/C60太阳能电池的开路电压。结果表明,随着扩展环数的增加,平面性,吸收峰的波长和HOMO能量逐渐增大,而开路电压和弛豫能的趋势则相反。我们还发现具有三个六元环的亚萘酞菁分子具有很大的潜力成为新的有机太阳能电池材料,因为它具有最小的激子结合能和弛豫能,并且在可见区域具有强的吸收强度。(3)亚酞菁因具有独特的光学特性和电子特性而被广泛研究,且边缘取代对亚酞菁的光伏性质具有显著的影响。SubAPPC是具有一个六元环核心扩展的亚酞菁衍生物,边缘取代对它的光伏性质和几何结构的影响尚未被报道。在第5章工作中,我们利用密度泛函理论和含时密度泛函理论探索了给电子基团(-C(CH_3)_3、-CH_3)、吸电子基团(-Cl、-NO_2)和两者的组合(-CH_3、-Cl)取代SubAPPC的边缘氢原子对它性质的影响。我们计算了这个系列分子的前线轨道能量、静电势、紫外-可见吸收光谱,并使用经验方程粗略预测了SubAPPCs/C60太阳能电池的开路电压。计算结果表明,给电子基团对其电子的分布、HOMO、LUMO、静电势及开路电压影响不大,但是吸电子基团对体系的HOMO、LUMO、静电势及开路电压影响比较大,并且吸电能力越强,影响越明显。同时,我们还发现,这个系列的紫外-可见吸收光谱相对于未改性的分子,普遍发生红移。其中-NO_2取代的化合物由于具有较高的开路电压和较宽的吸收光谱,我们认为它是一种很有潜力的有机小分子太阳能电池材料。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 田禾;;有机太阳能电池有望商品化[J];国际学术动态;2002年01期
2 ;德国开发基于半透明有机太阳能电池材料的智能太阳镜[J];军民两用技术与产品;2017年15期
3 黄辉;;有机太阳能电池的发展、应用及展望[J];工程研究-跨学科视野中的工程;2017年06期
4 李昂;;有机太阳能电池材料研究新进展[J];电子世界;2018年06期
5 ;柔性有机太阳能电池研究取得进展[J];人工晶体学报;2018年05期
6 拉迪娅;;有机太阳能电池以及工作方式分析(英文)[J];现代盐化工;2018年03期
7 ;我国科学家在有机太阳能电池领域取得重要突破[J];浙江化工;2018年08期
8 ;我国有机太阳能电池刷新世界纪录[J];山东化工;2018年17期
9 陆恒;路皓;徐新军;吴有智;薄志山;;有机太阳能电池简介与展望[J];化学教育(中英文);2018年20期
10 胡雪花;温彬彬;;电池结构对大面积有机太阳能电池性能的影响[J];山东工业技术;2018年07期
11 ;我国科学家在有机太阳能电池领域取得重要突破[J];石河子科技;2018年04期
12 周文俊;;有机太阳能电池未来随手“贴”[J];广州化工;2018年21期
13 ;南开在有机太阳能电池领域取得重要突破[J];化工新型材料;2018年11期
14 王传坤;张星;郝艳玲;;有机太阳能电池性能仿真研究[J];化工新型材料;2017年01期
15 新型;;国家纳米中心在有机太阳能电池研究方面取得进展[J];化工新型材料;2017年02期
16 王志元;郝玉英;孙钦军;崔艳霞;李战峰;冀婷;;银纳米颗粒界面层对有机太阳能电池光敏层相分离的影响[J];光电子·激光;2017年02期
17 李永舫;;引入液晶小分子实现高效厚膜三元有机太阳能电池[J];物理化学学报;2017年03期
18 ;封面说明[J];科学通报;2017年14期
19 赵文超;叶龙;李荪荪;刘晓宇;张少青;张赟;Masoud Ghasemi;何畅;Harald Ade;侯剑辉;;筛选非卤溶剂添加剂制备非富勒烯有机太阳能电池(英文)[J];Science China Materials;2017年08期
20 伍唤宇;;浅谈有机太阳能电池材料的研究进展[J];科技展望;2015年30期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 贾博宇;陆恒;占肖卫;;基于十一并稠环电子受体的有机太阳能电池[A];第五届新型太阳能电池学术研讨会摘要集(有机太阳能电池篇)[C];2018年
2 胡拯豪;张福俊;安桥石;;基于二元器件互补的光伏参数制备三元有机太阳能电池[A];第五届新型太阳能电池学术研讨会摘要集(有机太阳能电池篇)[C];2018年
3 高亮;张志国;李永舫;;基于给受体吸收互补的高效全聚合物有机太阳能电池[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第二十二分会:有机光伏的机遇和挑战[C];2016年
4 童金辉;熊思醒;毛霖;周印华;;柔性多结有机太阳能电池:高电压及大面积化[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第二十二分会:有机光伏的机遇和挑战[C];2016年
5 张有丹;张浩力;;并五苯衍生物的单线态裂分及其在有机太阳能电池中的应用[A];第一届新型太阳能电池暨钙钛矿太阳能电池学术研讨会论文集[C];2014年
6 高兴宇;杨迎国;季庚午;郑官豪杰;;有机太阳能电池和钙钛矿太阳能电池制备中的同步辐射表征及其构效关系研究[A];第一届新型太阳能电池暨钙钛矿太阳能电池学术研讨会论文集[C];2014年
7 孙倩倩;张福俊;张苗;;通过极性溶剂浸润的方法提高有机太阳能电池的性能[A];第二届新型太阳能电池学术研讨会论文集[C];2015年
8 Zhengguo Xiao;Qingfeng Dong;Wenjing Tian;Hui Huang;Jinsong Huang;;极性小分子对有机太阳能电池性能的提升(英文)[A];第二届新型太阳能电池学术研讨会论文集[C];2015年
9 张苗;张福俊;;两步倒置处理协同三元策略制备高效率全小分子有机太阳能电池[A];第四届新型太阳能电池学术研讨会论文集[C];2017年
10 石慧;夏若曦;孙辰;肖经洋;吴志鸿;黄飞;叶轩立;曹镛;;基于界面工程及光学调控的高效半透明有机太阳能电池[A];第四届新型太阳能电池学术研讨会论文集[C];2017年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张馨元;纳米材料在有机太阳能电池中的应用研究[D];吉林大学;2019年
2 马丹阳;有机太阳能电池小分子受体材料的设计、合成与光伏性能研究[D];北京化工大学;2018年
3 毛霖;大面积有机太阳能电池的结构与毛笔印刷技术研究[D];华中科技大学;2018年
4 梁铨斌;有机太阳能电池的载流子动力学研究[D];华南理工大学;2018年
5 秦云朋;基于非富勒烯受体的聚合物光伏电池器件研究[D];北京科技大学;2019年
6 刘晓凤;基于三蝶烯和苝二酰亚胺构筑新型三维有机太阳能电池受体材料[D];北京理工大学;2017年
7 王文艳;基于金属银纳米结构改善有机太阳能电池光吸收性能的研究[D];太原理工大学;2017年
8 苗洋;具有N型大π共轭结构的有机光伏材料的合成及应用[D];吉林大学;2018年
9 刘小辉;基于氧化锌改性界面的有机太阳能电池的制备及性能研究[D];中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所);2017年
10 陈敬德;有机太阳能电池的微纳结构调控研究[D];苏州大学;2018年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 管倩;基于醇溶性阴极界面层的新型有机太阳能电池研究[D];中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所);2018年
2 王剑晓;基于双受体有机太阳能电池的制备与研究[D];北京交通大学;2019年
3 孔骁;高效三元非富勒烯有机太阳能电池的研究[D];电子科技大学;2019年
4 冯耕;活性层处理工艺对基于(tbt)_2Ir(acac)的三元共混有机太阳能电池的性能影响[D];电子科技大学;2019年
5 李利娟;基于可溶小分子给体的三元有机太阳能电池研究[D];电子科技大学;2019年
6 李馨蕊;基于新型添加剂的高效半透明有机太阳能电池的研究[D];电子科技大学;2019年
7 袁莹颖;基于TADF材料的三元有机太阳能电池的研究[D];电子科技大学;2019年
8 李春华;侧链功能化高分子在光伏电池中的应用[D];青岛科技大学;2019年
9 申思;基于双界面修饰层的有机太阳能电池的研究[D];吉林大学;2019年
10 李瑶;非稠环内核有机太阳能电池受体材料的设计合成及器件性能研究[D];北京交通大学;2019年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 陈建强 刘茜 本报通讯员 吴军辉;我科学家研获高性能柔性有机太阳能电池[N];光明日报;2019年
2 记者 孙玉松 通讯员 吴军辉;17.3%! 中国科学家刷新有机太阳能电池转化效率[N];科技日报;2018年
3 本报记者 张晶晶 通讯员 吴军辉;有机太阳能电池光电转化效率世界之“最”诞生记[N];中国科学报;2019年
4 记者 刘晓倩;兰州大学等揭示全小分子有机太阳能电池设计思路[N];中国科学报;2019年
5 本报见习记者 辛雨;有机太阳能电池进化出“新物种”[N];中国科学报;2019年
6 记者 刘霞;有机太阳能电池光电转化率创纪录[N];科技日报;2018年
7 记者 陈建强 刘茜 通讯员 吴军辉;我科学家刷新有机太阳能电池转化光电率最高纪录[N];光明日报;2018年
8 通讯员 吴军辉 记者 冯国梧;有机太阳能电池光电转化率达12.7%[N];科技日报;2016年
9 记者 邱登科;有机太阳能电池光电转换效率大幅提高[N];民营经济报;2016年
10 华凌;小分子有机太阳能电池增效50%[N];科技日报;2013年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978