Key words: dye sensitizer, phthalocyanine, time-dependent density functional theory, charge difference density, electronic absorption spectra

目 录

前 言 5

第一章 ABAB 型酞菁衍生物取代基对结构和电子光谱的影响 8

引言 8

1。1 计算方法 8

1。2 结果讨论 9

1。2。1 几何结构 9

1。2。2 前线轨道 9

1。2。3 吸收光谱 10

1。3 结论 13

第二章 不同位置及共轭桥取代对 ABAB 型酞菁衍生物光电性质的影响 。。。 15

引言 15

2。1 计算方法 15

2。2 结果讨论 15

2。2。1 前线轨道 15

2。2。2 电子吸收光谱 17

2。2。3 光捕获效率与短路电流密度 21

2。3 结论 20

参考文献 22

致 谢 24

附 录(论文发表、项目情况) 25

前 言

能源危机是人类生存和发展所面临的紧迫问题，太阳能作为一种取之不尽、分布广泛、 环境友好的可再生能源，对其开发利用的需求越来越得到重视。太阳能电池利用光电转换 技术可以将太阳能直接转换为电能，是使用太阳能的一种有效方式。1991 年，瑞士洛桑高 工的 Gräzel 教授课题组[1]用吡啶钌为染料敏化剂制备的染料敏化太阳能电池(DSSC)，以较 低的成本得到了>7%的光电转化效率，开辟了太阳能电池发展史上一个崭新的时代。这种 太阳能电池与传统的硅系半导体太阳能电池相比具有生产工艺简单、成本低廉、柔性易加 工等优点，成为当前光伏技术研究领域的热点之一[2-4]。

DSSC 主要由吸附光敏染料的光阳极、含有氧化还原电对的电解质溶液以及对电极几 部分组成[5, 6]，电池结构和工作原理如图 1 所示。染料吸收太阳光基态跃迁到激发态，紧接 着激发态电子以纳米级的速度注入到半导体导带，注入到半导体中的电子被导电玻璃收集， 电子从外电路到达对电极，失去电子的氧化态染料通过电解质那得到电子实现再生，电解 质又从对电极得到电子被还原，这样在外电路形成源源不断的电流。其中，光敏染料在 DSSC 中起着捕获太阳光的作用，该部分能否最大限度地吸收太阳光直接决定了光电池可 能获得的最大能量转换效率。

典型的染料敏化太阳能电池的结构及工作原理论文网

为了获得高效率的光敏染料，染料分子的结构设计需遵循以下基本原则：(1)染料分子 的吸收谱带应该尽可能覆盖紫外可见光区和近红外区域(300～2500 nm)，摩尔吸光系数必 须尽可能高，以便通过使用较薄的 TiO2 膜获得较高的光捕获性能;；(2)为了使得激发电子 能够有效地注入光阳极，染料分子的最低未占轨道(LUMO)需要靠近键和基团(一般是羧酸 或磷酸基团)，且要高于半导体的导带；(3)染料分子的最高占据轨道(HOMO)应在氧化还原 电解质的氧化电势之下，以便于染料在被氧化后可以快速再生；(4)为了抑制注入半导体导 带中的电子与氧化态染料复合，染料上的正电荷应适当地远离 TiO2  表面；(5)染料外围应