二氢吲哚类染料用于染料敏化太阳能电池光敏剂的比较

采用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)对四种二氢吲哚染料进行研究, 从中筛选出相对优秀的染料敏化太阳能电池光敏剂. 对前线分子轨道的计算表明, 二氢吲哚染料的前线分子轨道结构非常有利于染料激发态向TiO2电极的电子注入. 对真空中的紫外和可见光吸收光谱的计算表明, 二氢吲哚染料的吸收光谱与太阳辐射光谱匹配较好. 对染料分子的能级计算表明, 二氢吲哚染料的能级结构比较适合于I-/I-3作电解液的TiO2纳米晶太阳能电池的光敏剂. 二氢吲哚染料最低未占据分子轨道(LUMO) 能级均比TiO2晶体导带边能级高, 能够保证激发态染料分子高效地向TiO2电极转移电子. 二氢吲哚染料最高占据分子轨道(HOMO)的能级比I-/I-3能级低, 保证了失去电子的染料分子能够顺利地从电解液中得到电子. 与实验数据比较, 得出在提高染料敏化太阳能电池转换效率方面, 对染料的关键要求是LUMO能级的位置. 染料分子的稳定性是染料敏化太阳能电池使用寿命的关键因素. 通过对化学键键长的比较表明, 二氢吲哚染料的分子稳定性基本相同. 对计算结果的分析表明, 二氢吲哚染料1(ID1)的LUMO能级最高, 分子稳定性最好, 在酒精溶液中的吸收光谱与太阳辐射光谱匹配很好, 在同类染料中是较好的染料敏化太阳能电池光敏剂.     

有机染料敏化剂JK16和JK17的几何结构、电子结构及相关性质

运用密度泛函理论中的杂化泛函B3LYP研究了高效太阳能电池新型染料敏化剂JK16和JK17的几何结构、电子结构、极化率和超极化率, 并用含时密度泛函理论(TDDFT)研究了电子吸收谱. 基于含时密度泛函理论计算结果和实验结果的定性符合, 指认了在可见和近紫外区的吸收属于π→π*跃迁. 计算结果还表明JK16和JK17激发能最低的三个跃迁都与光诱导电荷转移过程有关, 而且二-二甲基芴氨基苯并噻吩基团对光电转换过程的敏化起主要作用, 发生于染料敏化剂JK16、JK17和TiO2界面之间的电荷转移是由染料分子激发态向半导体导带的电子注入过程. 此外, 通过对JK16和JK17的比较, 分析了亚乙烯基对几何结构、电子结构和谱学特性的影响.     

染料敏化太阳能电池中具有不同电子给体的吩噻嗪类有机光敏染科的理论研究

采用密度泛函理论和含时密度泛函理论方法计算了2个吩噻嗪类染料及其吸附到TiO2上后分子的基态和激发态光物理性质与热力学参数.结果表明,电子给体的改变虽未明显改变染料的光谱性质(垂直跃迁能和振子强度),但可以改变分子的前线轨道能级,进而影响染料分子的激子结合能Eb及激发态电子注入到半导体TiO2中的驱动力△Gint的大小...     

用于染料敏化太阳能电池的D5同类物分子设计(英文)

使用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TDDFT)以及自然键轨道(NBO)分析,设计比有机染料D5更优秀的用于染料敏化太阳能电池(DSSC)的D5同类物分子.在D5骨架的给电子基团上对称地引入给电子基(—OH,—NH2,—OCH3),既可以使分子的最低未占据分子轨道(LUMO)能级提高,又可以使吸收光谱红移,从而既提高染料分子捕获太阳辐射光子的能力,又提高由染料分子的激发态向TiO2电极注入电子的驱动力.在D5分子的骨架上,对称地引入受电子基(—CF3,—F,—CN),可以使染料分子的吸收光谱强烈地红移,从而更有效地利用太阳能.由LUMO能级的提高和吸收光谱的红移来考虑,所设计的D516,D536,D537分子是比D5优秀的同类物分子,其中D516是最好的.单从吸收光谱红移来考虑,所设计的D565,D567,D568分子是比D5优秀的同类物分子,其中D565的吸收光谱有望与太阳辐射光谱更好地匹配.挑选出来的这6种D5同类物分子都是D-π-A(电子给体-共轭π桥-电子受体)结构.这几种分子的光激发引起的最高占据分子轨道(HOMOs)到LUMOs的跃迁是π-π*跃迁,是分子内电荷转移,吸收光谱是电子吸收光谱,位于近紫外-可见光区.D516和D565有望成为比D5更优秀的用于DSSC的非金属有机染料分子.     

π桥中不同吸电子基团对三苯胺-氰基丙烯酸类染料敏化太阳能电池性能影响的理论研究

采用密度泛函理论和含时密度泛函理论计算了染料的紫外-可见吸收光谱、电子注入驱动力、半导体导带能级移动量以及染料与碘的相互作用能等一系列评价电池性能的理论参数,以解释在π桥上引入不同吸电子基团导致三苯胺-氰基丙烯酸基染料敏化太阳能电池光电转换效率降低的原因.结果表明,在染料π桥上引入吸电子基团虽可以在一定程度上改善吸收光谱,但同时也引入了额外的与电解质中碘相互作用的位点,加快了与电解质之间的复合速率,影响了电子注入驱动力,最终导致电池光电转换效率降低.因此,在设计高效光敏染料时除了考虑吸收光谱外,也应考虑染料与电解质之间的复合以及电子注入驱动力这2个影响电池性能的关键因素.     

推/拉电子取代基对PCBM结构及光谱性质影响的理论研究

应用密度泛函理论(DFT)方法计算[6,6]-苯基-C₆₁-丁酸甲酯(PCBM)及其苯环对位取代得到的4种衍生物的几何和电子结构. 采用第一激发能校正了分子的最低未占据分子轨道(LUMO)能级, 探讨了推/拉电子基团对分子前线轨道的影响. 在全优化几何构型的基础上, 采用含时密度泛函理论(TD-DFT)方法研究了电子吸收光谱特征和电荷转移态性质, 并讨论了推/拉电子基团对体系电子吸收光谱性质的影响. 通过对重组能和电子亲和势的计算, 预测了PCBM与4种衍生物的电子能力及电子迁移率大小的关系. 结果表明, 在PCBM中, 在苯环的对位引入推电子基团可以提高分子的前线轨道能级, 改变前线轨道电子云分布, 明显增强可见光范围内的吸收强度, 增加可见光范围内的电荷转移吸收, 且激发态的电荷转移随着引入基团推电子能力的增加而增强. 化合物5的激发态分子内电荷转移性质最强, 且具有较独特的光伏性质. 而在同样位置引入拉电子基团, 则降低了分子前线轨道能级对电子吸收光谱的影响.     

N,N-B螯合物光物理性质的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)方法计算了4种N,N-B螯合物1,1q,2和2q的基态和激发态结构、吸收和发射光谱、跃迁密度矩阵、分子内电荷转移特征、黄昆(HR)因子、FranckCondon因子和电子耦合等光物理性质,深入探究化合物1q和2q在几何结构微调后发光效率降低的本质原因.计算结果表明,N,N-B螯合物中喹啉取代吡啶,以及吲哚配体中N杂原子的引入对光物理性质产生了较大影响.相比于化合物1和2,化合物1q和2q由于共轭面的扩展导致HOMO-LUMO能隙变窄,使吸收红移.通过计算HR因子和跃迁密度矩阵对激发态的特征和几何弛豫进行分析,结果表明化合物1q和2q具有明显增强的片段间电荷转移特征,发射能和振子强度减弱导致kr减小,并且激发态和基态间的电子耦合急剧增强造成快速的非辐射衰变,导致化合物1q和2q在CH2Cl2溶液中不发光.同时,化合物1和2具有高效的发光效率和较大的斯托克斯位移,是一类有发展前景的发光材料.     

局域和长程杂化密度泛函研究推拉结构有机发光分子

用含时密度泛函方法研究了具有推拉结构的有机发光材料3-(二氰亚甲基)-5,5-二甲基-1-(4-[9-咔唑基]-苯乙烯基)环己烯(DCDCC)的吸收和荧光光谱, 并考虑了溶剂效应. 通过与实验光谱的比较, 重点评价了包括局域和长程在内的8种交换泛函. 结果表明泛函的选择对结果的可靠性至关重要, 在密度泛函和含时密度泛函理论框架下, 包含44% Hartree Fock交换泛函的BMK杂化函数联同连续极化模型和中等大小的基组最适合研究DCDCC分子的光谱性质. 此外, 尽管DCDCC分子内电荷转移并没有强致发出双荧光, 但仍然可以用平面分子内电荷转移和扭转分子内电荷转移模型解释DCDCC激发态的结构. BMK泛函计算的结果表明DCDCC的激发态结构支持平面分子内电荷转移模型.     

有机染料D-SS和D-ST用于染料敏化太阳能电池光敏剂的比较

为了揭示D-SS和D-ST分子敏化的染料敏化太阳能电池(DSSCs)的物理机制,采用密度泛函理论(DFT)、含时密度泛函理论(TDDFT)和自然键轨道(NBO)分析,模拟计算染料D-SS和D-ST分子的结构、紫外-可见吸收光谱和能级结构.D-SS的紫外-可见吸收光谱相比于D-ST的有明显的红移,而且D-SS分子的摩尔吸光系数也高于D-ST分子的.D-SS分子本应该比D-ST分子拥有更高的俘获太阳辐射光子的能力,但由于D-SS分子的最高占据分子轨道(HOMO)能级位置比氧化还原电解质(|-/|-3)的氧化还原能级高,处于光激发态的D-SS分子向TiO2电极注入电子而被氧化后,不能顺利地从电解质中得到电子而还原,使得D-SS分子俘获光子的能力不能充分发挥,从而严重地降低了由其敏化的DSSCs的光电性能和光电能量转换效率.揭示了D-SS敏化的DSSCs的光电性能,特别是光电能量转换效率比D-ST敏化的DSSCs的低的原因.染料敏化剂分子的HOMO能级的位置对于DSSCs来说也是很重要的,用于DSSCs的有机敏化剂分子的HOMO能级的位置必须低于氧化还原电解质的氧化还原能级.     

红移型Cu(II)离子比率荧光探针的光物理性质

应用密度泛函理论(DFT)及含时密度泛函理论(TDDFT)方法研究了N-丁基-4,5-二[2-(苯胺基)乙胺基]-l,8萘酰亚胺红移型铜离子比率荧光探针的光物理性质. 通过探针分子与金属离子结合前后的几何构型优化, 结合自然键轨道分析, 揭示了探针分子对铜离子的识别作用. 通过激发态计算阐明了光诱导分子内电荷转移(ICT)机理. 研究结果表明, 由于Cu(II)离子络合导致萘胺脱氢, 带负电荷的胺基N原子与萘环形成C＝N双键,延长了共轭体系; N的非键电子向Cu(II)离子的空d轨道转移一个电子, 抑制了Cu(II)离子的顺磁效应所导致的荧光淬灭, 受光激发后, 共轭N与萘环之间发生n→π^*电子转移导致ICT效应和荧光红移.