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1、硕士学位论文有机聚合物光伏材料的理论研究学位申请人彭月明指导教师王学业教授学院名称化学学院学科专业物理化学研究方向理论和计算化学二○一○年五月二十日TheoreticalstudyonorganicpolymerphotovoltaicmaterialsCandidatePengYue-MingSupervisorWangXue-YeProfessorCollegeChemistryProgramPhysicalChemistrySpecializationTheoryandcomputationalChemistryDegreeMa
2、sterofScienceUniversityXiangtanUniversityDateMay,2010湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送
3、交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要摘要本文用量子化学方法系统地研究了如下3个体系：(1)含苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩的共轭聚合物；(2)含苯乙烯共轭支链的聚噻吩衍生物；(3)吲哚咔唑-受体交替共轭共聚物首先，采用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法，对聚4,8-双十二烷氧基苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩（P
4、BDT），聚4,8-双十二烷氧基苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩交替(2,5)噻吩（PBDTT）及聚4,8-双十二烷氧基苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩交替(2,9)噻吩并[3,4-b]吡嗪（PBDTTPZ）进行几何结构优化计算。在优化的基础上，运用含时密度泛函理论(TD-DFT)计算了它们的光学性质，得到了最低激发能（Eg），吸收波长及电子相关性质。HOMO和LUMO的能隙就等于LUMO和HOMO之间的能量差。计算结果与实验结果相符得很好，计算结果也为调控共轭聚合物的能隙和吸收带提供了有用的参考。其次，采用密度泛函理论(
5、DFT)方法和含时密度泛函理论(TD-DFT)方法分别计算了聚[3-(苯乙烯)噻吩](P3PVT)系列：(PEHPVT)n，(PT1)n和(PT4)n的结构和电子性质。聚合物的HOMO-LUMO能隙(△H-L)和最低激发能(Eg)由外推法得到。结果表明：共轭聚合物侧链能够调节吸收峰和HOMO-LUMO能隙。最后，采用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法，研究了3种吲哚咔唑-受体交替共轭共聚物：聚[2,8-（5,11-二（2-乙基己基）吲哚[3,2-b]并咔唑）-交替-5，7-（2,3-双十二烷基噻吩[3,4-b]并吡嗪）](P281C
6、-TP12)，聚[2,8-（5,11-二（2-乙基己基）吲哚[3,2-b]并咔唑）-交替-5,7-（2,3-二（4-（2-乙基己氧基）苯基）-噻吩[3,4-b]并吡嗪）(P281C-TPO)，4,7-聚[2,8-（5,11-二（2-乙基己基）吲哚[3,2-b]并咔唑）-交替-（2,1,3-苯并噻二唑）(P281C-BT)。在中性、阴离子态和阳离子态下分别进行几何结构优化计算。在优化的基础上应用了TD-DFT计算了聚合物的ΔH-L，吸收波长及最低激发能。采用B3LYP/6-31G*对聚合物阳离子和阴离子进行全优化，计算电离势（IP）和电
7、子亲合能（Ea）。本论文从理论上系统地对一系列共轭聚合物太阳能电池材料的结构和光伏性能有关的参数进行了研究和分析。结果表明含时密度泛函理论结合密度泛函理论能够研究共轭聚合物太阳能电池材料，根据几何结构和电子性质，可设计新的聚合物太阳能电池材料。关键词：含时密度泛函理论；吸收波长；能隙；聚合物太阳能电池材料IAbstractAbstractThepaperappliedthequantumchemistrymethodsandsystematicallystudiedthefollowingthreesystems:(1)contain
8、ingbenzo[1,2-b:4,5-b']dithiopheneconjugatedpolymer;(2)poly(3-(phenylenevinyl)thiophene)withconjugatedsidechain
