2-吡喃酮类染料敏化剂分子设计理论的分析

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1、辽。j：师范人学硕十学位论文摘要染料敏化太阳能电池(DSSCs)作为新一代的可持续的光电设备已经引起了相当大的关注，由于它有相对较高的入射太阳光电转换效率和低的生产成本。染料敏化剂被公认为是，实现高性能DSSC的所有组件中关键的部分。不含金属的纯有机染料，因为它们高的摩尔消光系数、灵活的结构剪裁、低成本制备过程以及环境友好，导致科学家对其大量研究。因此，在本论文中，我们设计了以2．吡喃酮为P共轭桥的新型染料敏化剂，利用密度泛函(DFr)和含时密度泛函(TDDFT)方法，计算了染料分子在Ti02表面吸附前后的光电性质。主要研究

2、结果如下：1．与噻吩类敏化剂相比，敏化剂P1的分子平面性较好，P2和T的结构相似，引入亚乙烯基后，所有敏化剂都具有非常高的分子平面性，从而有利于分子间的电荷转移。2．2．吡喃酮类分子的LUMO轨道主要集中在电子受体部分，其能量大大高于Ti02导带边缘能量；HOMO能量主要集中在电子给体部分，低于氧化还原电对I他。的氧化还原势。同时我们还计算了电子激发过程中的自由能变化，结果表明，所设计的敏化剂拥有足够的驱动力将激发态电子注入到Ti02导带，而且氧化态染料分子易于被I-f13"还原。3．与常用的敏化剂CHCH-T、CHCH．P

3、h、CHCH．F相比，2．吡喃酮类敏化剂的吸收峰明显红移，其中OMe．CHCH．P2的最大吸收峰达到了540nm，光捕获效率超过了0．98。4．以(Ti02)8团簇为半导体模型，研究了半导体对染料敏化剂的影响。结果显示，2．吡喃酮类新型敏化剂，易于吸附在半导体表面，吸附能都大于40kcal／mol，而且双齿螯合吸附方式优于单齿吸附。以双齿螯合方法吸附到Ti02表面后，敏化剂的吸收峰有明显的红移，吸光范围变宽，其中OMe．CHCH．P2的吸收峰从540nm红移到了617nm。综上所述，本论文的理论研究结果表明，与噻吩类敏化剂相

4、比，以2．吡喃酮为P共轭桥的新型分子完全有希望作为优越的敏化剂应用于染料敏化太阳能电池中。关键词：染料敏化剂；2．吡喃酮；密度泛函理论；吸收光谱；敏化剂．Ti02相互作用2．吡喃酮类染料敏化剂分子殴计的理论研究Moleculardesignandtheoreticalstudyonnovel2-Pyronederivativesfordye-sensitizedsolarcellsAbstractDye．sensitizedsolarcells(DSSCs)haveattractedconsiderableattention

5、asanewgenerationofsustainablephotovoltaicdevicesbecauseoftheirrelativelyhighincidentsolarlight．to．electricityconversionefficiencyandlOWcostofproduction．DyesensitizershavebeenrecognizedasoneofthevitalpartstoachievehiIghperformanceamongallthecomponentsoftheDSSCdevice

6、．Metal—freeorganicdyeshavebeeninvestigatedintenselyowingtotheiradvantagesofhi．ghmolarextinctioncoefficients，flexibilityinstructuretailoring，low-costpreparationprocess，andcompliancewithenvironmentalissues．Therefore，inthiswork，weinvestigatetheinfluenceof2-pyronemoiet

7、yactingasPspaceonelectronicandopticalpropertiesoforganicdyebeforeandafterbindingtoTi02clusterusingDFTandTDDFTcalculations．Themainresultsaresummarizedasfollows：1．ThecoplanarityofmolecularP1betterthandyeTandP2，althoughthegeometryofdyeP2lookverysimilartoT．Afterinserte

8、davinyleneunit-CH=CH一，allthedyesobtainedhaveanalmostperfectcopolanarstructuresinfavorofintramolecularelectrontransfer．2．TheenergyleveloftheLUMOor