新型光电材料的研究进展.ppt

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1、毕业答辩姓名：班级：导师：论文题目：新型光电材料的研究进展摘要本文先是介绍了有机太阳能电池材料的发展过程文中第二章介绍了一些相关的基本理论，包括分子轨道理论，密度泛函理论，选择定则等，作为文章的理论基础。并简单分析了太阳能电池的工作原理。论文的主要内容是对嵌有不同官能团的三种类胡萝卜素衍生物的激发态性质的研究。第一章概述有机太阳能电池的发展情况类胡萝卜素太阳能电池材料研究的发展和现状类胡萝卜素太阳能电池材料研究面临的问题§1.1有机太阳能电池材料目前，高效率、长寿命、低成本成为太阳能电池发展的总趋势无机

2、原料太阳能电池造价昂贵，因而与其他一些能源发电比起来缺乏竞争力（例如煤炭发电）未来太阳能电池的主流发展方向强调的是更轻便、更灵活，最重要的是，更便宜。而有机太阳能电池材料具备以上的特点类胡萝卜素及其衍生物是一类具有优良光电性能的有机光电材料§1.2类胡萝卜素太阳能电池材料研究的发展和现状从80年代初开始，人们设计和合成了许多含有胡萝卜素、醌等官能团的卟啉类超分子体系来模拟光合作用中心的光致电子转移和能量转移过程，并取得了很大的进展。1984年，Gust等人设计合成了一系列的胡萝卜素(C)-卟啉(P)-醌

3、(Q)三元化合物（见图）。胡萝卜素(C)-卟啉(P)-醌(Q)三元化合物的分子结构1997年Liddell等合成了胡萝卜素(C)-卟啉(P)-富勒烯(C60)三元化合物(如下图)。胡萝卜素(C)-卟啉(P)-富勒烯(C60)三元化合物的分子结构2005年，Wang等实验测得在类胡萝卜素分子中随共轭双键数目的增加（n=9-13）,光电转化率η有所提高（类胡萝卜素和叶绿素的衍生物的分子结构如图）。§1.3类胡萝卜素太阳能电池材料研究面临的问题改善有机太阳能电池器件性能的关键是提高太阳能电池的光电转换效率，减

4、少电子和空穴的复合几率。选择适当的配体与类胡萝卜素构成D-A二元体系，通过自组装方式增大电子给体、受体间界面面积，保证正向电子转移快速进行，同时又阻止电子回传（因辐射而熄灭），以得到超长寿命的电荷分离态。第二章理论基础分子轨道理论密度泛函理论太阳能电池的工作原理电子跃迁的选择定则§2.1分子轨道理论分子轨道理论（MO理论）是处理双原子分子及多原子分子结构的一种有效的近似方法。它注重于对分子轨道的认知，即认为分子中的电子围绕整个分子运动。分子轨道理论的要点：(1)分子中电子在由原子轨道所组成的新分子轨道运

5、动，不再从属于某个原子。(2)分子轨道由成键原子的原子轨道通过线性组合而成。(3)每一个分子轨道都有一个相应的能量和图像。分子中电子的排布，遵从原子轨道排布原则填充在分子轨道上。电子进入成键轨道促进原子的结合，使分子变得稳定。电子进入反键轨道，促使原子分开，使分子变得不稳定。分子轨道由组成分子的各原子轨道组合而成。分子轨道的形状可通过原子轨道的重叠近似描述。（1）s-s原子轨道的组合一个原子的ns原子轨道与另一个原子的ns原子轨道组合成2个分子轨道的情况，如图所示。+++++++-_-_+++→→nsn

6、sσnsσ*ns能量（2）p-p原子轨道的组合当一个原子的npx原子轨道与另一个原子的npx原子轨道沿键轴方向相互接近。σ*npx___++σnpx+__+能量npxnpx_+_+_+_+_++++-+当2个原子的npz原子轨道沿着x轴的方向相互接近时，如图，也可以组合成2个分子轨道。（当两个原子的npy原子轨道沿着x轴的方向相互接近时，与此相似。）_+___+++__++++_++npZnpZ_++_能量π*npzπnpz-§2.2密度泛函理论密度泛函方法不是建立在引起最大误差的单电子近似上的，所以利

7、用这种方法计算，不必再作相关能校正，计算量只随电子数目的3次方增长，可用于较大分子的计算，而且结果的精度优于Hartree-Fork方法，一般可达MP2水平。§2.3太阳能电池的工作原理太阳能电池的工作原理是基于半导体的异质结或金属半导体界面附近的光生伏特效应。其过程为当光被吸收后，一个电子被从HOMO）激发到LUMO，从而形成了一个激子。在这一过程之后是激子分离过程。当电子运动到阴极同时空穴运动到阳极，这时外电路中就有电流通过。+V-IjIIL图2-4理想太阳能电池等效电路oo物理意义是：太阳能电池受

8、到光照后产生一定的光电流IL，其中一部分用来抵消结电流Ij，另一部分就是供给负载的电流I。§2.4电子跃迁的选择定则对于核外电子的电偶极辐射跃迁,则有如下的选择定则：(1)跃迁只能发生在不同的宇称状态之间,即偶性态（ΣLi=2K）奇性态（ΣLi=2K+1）(2)在“1”的条件下，按照耦合的类型再有如下的定则①LS耦合△S=0△L=0,+1,-1△J=0,+1,-1(00除外)②Jj耦合△Jp=0△j=0，+1，-1△J=0,+1,-1(00