有机共轭分子光电性能的理论和实验研究

【作者】 孙朝范； 李源作； 戚大伟；

【机构】 东北林业大学理学院；

【摘要】 采用密度泛函方法对基于苯并二呋喃二酮的对苯撑乙烯类聚合物(BDPPV)及其衍生物在真空与外电场中的基态特性、前线分子轨道、电离能和电子亲和势进行了量子化学研究,在此基础上用含时密度泛函方法计算体系的吸收光谱,并分析了体系的HOMO-LUMO能隙ΔH-L随着共轭度递增的变化趋势以及取代基位置变化对低聚物电子结构和光谱性质的影响,从而推断出高聚物的电子结构和光谱性质。结果表明:取代基S对于分子体系的键长、二面角、吸收光谱有显著影响;随着共轭长度的递增,(BDPPV-O)n的HOMO能升高,LUMO能降低,能隙ΔH-L减小,电离能减小,电子亲和势增大,吸收光谱红移;在设计的21个分子中,化合物BDPPV-S的基态特性和激发态特性都要优于其他分子,理论上可以作为有机太阳能电池染料光敏化剂的候选者。为了研究的严密性,外电场作用也被用于对体系的研究。对两种染料(1,2,4-三羟基蒽醌和茜素络合酮)作为染料敏化太阳能电池(DSSC)敏化剂的光电性能进行了研究。采用紫外-可见吸收光谱、红外光谱分析、循环伏安曲线和I-V特性曲线等技术手段。此外,利用电化学阻抗谱(EIS)研究了染料敏化太阳能电池各个接触面之间的电子转移过程。为了与实验进行比较,利用密度泛函理论计算了染料的前线分子轨道,振动分析,总静态第一超极化率和电子注入驱动能。同时,利用含时密度泛函理论通过基组效应和溶剂效应研究染料的激发态性质。结果表明,相比1,2,4-三羟基蒽醌,茜素络合酮具有更高的光电转换效率(0.27%),开路电压(0.45 V),短路电流密度(0.89 m A cm-2)和填充因子(0.67)。更多还原