不同共轭分子:PC70BM体系在外电场下电荷转移机制的研究

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随着全球经济的蓬勃发展,能源紧缺和环境治理问题迫在眉睫,由此引起的对高效清洁能源的需求也越发的急切。相比于资源有限的煤、石油、天然气等化石燃料,太阳能被认为是最有效的绿色资源,但如何使太阳能被高效的利用一直是人们关注的焦点。聚合物太阳能电池拥有诸多优点,如质量小、可以用于大面积制造柔性半透明器件等,这广泛的引起了研究者们的研究兴趣。在C60和化合物之间存在的光会产生诱导电子转移的现象被发现之后,研究者们开始着手将这些材料应用在制备大面积可折叠的太阳能电池上,将共轭有机物引入到光活化层及空穴传输层中。与传统硅电池相比它的结构更加精简,而且有机物原料丰富,成本低,电学、光学性能可调,在降低成本的同时还提高了转化效率。电子转移的方式可直接由电子转移速率所影响。本论文对电子耦合强度公式进行了推导,分析了振动中对电子耦合强度的影响,并进行了验证。论文研究了近期引起广泛关注的共轭聚合物(供体),通过对供体和受体计算,分析总结了共轭聚合物应用于导电材料和太阳能电池材料的隐藏价值。选取五种不同链长的萘并呋喃分子,不同共轭取代基的四硫富瓦烯-二吡啶并吩嗪、四硫富瓦烯-喹喔啉分子为供体和PC70BM为受体,用量子力学、密度泛函等方法和Gaussian等一系列软件,对光诱导电荷转移相关量进行了计算。利用三维(3D)可视化将光诱导电荷转移进行加工,简洁明了的分析电荷转移的方向。用GaussView 5.0.9软件和Materials Studio软件调节聚合物结构,基于DFT,B3LYP\6-31G(d,p)与PBE1PBE\6-311g(d,p)基组稳定聚合物基态几何构型。借助TD-DFT计算体系的激发态,分析了Vda及电荷转移(ET)等。基于Marcus理论研究分析体系重组能和自由能。比较了共轭链不同长度和不同共轭取代基化合物及外电场对电荷转移速率的影响。
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