DSSCs芘并卟啉衍生物的光敏剂分子设计

摘要：近年来，卟啉因其较好的光物理和光化学性质，在染料敏化太阳能电池（DSSCs）光敏染料方面有着广泛的应用研究。本文设计了2种D-π-A型芘并卟啉衍生物的光敏剂分子，用密度泛函理论方法（DFT）和含时密度泛函理论(TD-DFT)方法计算其电子结构、吸收光谱并预测其光捕获效率。计算结果表明，不同的桥基对轨道能级略有影响，体系2在500 nm附近有较宽的吸收带。体系2有较宽的吸收带，吸附(TiO2)38后电子注入趋势十分明显。为设计、合成新型的吸收范围宽DSSCs光敏染料提供重的理论依据。79678

毕业论文关键词：DSSCs，芘并卟啉衍生物，D-π-A型光敏剂，密度泛函理论,吸收光谱

Abstract：Recently, porphyrin has been widely used in the field of dye sensitized solar cell(DSSCs) because of its good photophysics and photochemical properties。In this paper, we design two pyrenylporphyrin derivatives of D-π-A type dyes, by adopting the method of density functional theory (DFT) and time-dependent density functional theory (TDDFT) method to calculate the electronic structure ，the electronic absorption spectra and predict the capture efficiency of light。 The calculation results show that the different bridge had slight influence on the orbital energy system and compound 2 has a broad absorption band in the vicinity of 500nm。 The electron injection process from the anchoring group of the dye to the (TiO2)38 surface is very obvious。It provides the theoretical basis for the design and synthesis of a new wide range of absorption range of DSSCs。

Keywords：DSSCs, pyrenylporphyrin derivatives, D–π–A dyes, density functional theory, the electron absorption spectrum,

1 引言 4

2 计算方法 5

3 结果与讨论 5

3。1 前线分子轨道 5

3。2 紫外-可见吸收光谱 6

3。3 染料吸附(TiO2)38 9

结论 12

参考文献 13

致谢 14

1 引言

染料敏化太阳能电池（dye-sensitized solar cells，DSSCs）是一种新型的光伏电池。1991年，瑞士科学家Grätzel首次报道了联吡啶Ru染料敏化太阳能电池，得到7。1%~7。9%的光电转化效率。[1]2010年，Grätzel等报道(给体-π共轭桥-受体)D-π-A卟啉YD-2共敏化剂的光电转换效率达到11%[2]。近年来，有机染料具有易设计和合成、成本低廉、环境友好、摩尔消光系数高等优点，逐渐成为一类很有潜力的光敏染料[3]。卟啉及其衍生物在紫外-可见光范围有两个特征吸收谱带：文献综述Q带和B带，强的吸收带在紫外区域称为Soret或B带（400~450nm），较弱的吸收带在可见区域称为Q带（500~700nm）。卟啉及其衍生物容易修饰，光子吸收过程类似于光合作用中叶绿素的工作原理等特点得到了科学家的青睐。通常，D-π-A结构是有机染料的特征结构，这种“推拉式”模型可以灵活调整最高占据轨道(HOMO)和最低空轨道(LUMO)，有利于电荷转移和电子的有效注入[4]。本文设计两种芘并卟啉衍生物的光敏剂分子如图1，体系1的桥基为2,1,3-苯并噻二唑(BTH)，而体系2中的桥基为吡咯并吡咯二酮（DPP）[5]，两种桥基都是强吸电子基。通过密度泛函理论方法计算，预测其吸收光谱，旨在找到宽吸收带的光敏剂分子，为实验合成高效染料敏化太阳能电池提供重要参考和理论依据。

图1 研究体系的结构

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