体相异质结有机太阳能电池介观形貌的分子模拟

【摘要】：在人口不断增长与资源相对越来越枯竭的今天,太阳能电池的出现为人类解决这一危机提供了可能。目前太阳能的应用主要采用了以硅材料为基础的无机太阳能电池,但这种电池具有造价高、制作工艺复杂等缺点。近年来,有机聚合物太阳能电池具有制备工艺较简单、价格较低、柔韧性较高等优点,已显示出了在未来大规模利用的潜力。目前的工艺条件下,光电转化效率较高的是体相异质结太阳能电池。 计算机模拟已被广泛的应用于化学学科的各个方向,通过计算机模拟不但可以更深透的理解实验中的现象,还可以通过模拟阐明实验的机理,对实验起到辅助作用,而且也可以作为开展实验的指导。耗散粒子动力学本质上作为一种粗粒化方法,所采用的软势使其积分步长较大,已被广泛地应用于高聚物体系的研究中。本论文中,我们采用耗散粒子动力学方法研究了两种不同质量比例的有机太阳能电池光敏层在高温退火下的形貌。在耗散粒子动力学的框架下,构建好相应的粗粒化模型,通过寻找粒子与粒子之间的成键势能参数以及非键势能参数,并通过两相接触面积、比表面、径向分布函数、有序参数、结晶度等表征手段探讨了实验手段观察不到的电池的量度性质。 【关键词】：耗散粒子动力学 有机太阳能电池 光敏层 高温退火 形貌性质
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 中文摘要6-7
• Abstract7-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 聚合物太阳能电池的研究现状8-9
• 1.2 体相异质结太阳能电池(Bulk Heterojunction Organic Photovoltaic Cells,BHJ Cells)9-10
• 1.3 BHJ太阳能电池的热处理10-11
• 1.4 计算机模拟11-12
• 1.5 本论文的内容12-14
• 第二章 理论背景14-24
• 2.1 耗散粒子动力学14-19
• 2.1.1 耗散粒子动力学的简介14
• 2.1.2 基本原理14-17
• 2.1.3 lj约化单位系统和real单位系统17-19
• 2.2 分子动力学的一般步骤以及分子动力学模拟的实现19-20
• 2.2.1 分子动力学的一般步骤19
• 2.2.2 分子动力学(Molecular Dynamics,MD)的实现19-20
• 2.3 径向分布函数(Radial Density Function,RDF)20-22
• 2.4 有序参数(order parameter)22
• 2.5 耗散粒子动力学的应用22-24
• 2.5.1 离子型表面活性剂胶束的计算23
• 2.5.2 非离子型表面活性剂的相变化研究23
• 2.5.3 纳米尺寸Au粒子的耗散粒子动力学模拟23-24
• 第三章 粗粒化全原子模型并设定相关计算参数24-41
• 3.1 引言24
• 3.2 建立粗粒化模型及设置相关参数24-27
• 3.3 成键相互作用参数的统计27-37
• 3.3.1 成键相互作用参数27
• 3.3.2 计算细节27-37
• 3.4 借助于全原子模拟获得非键参数37-40
• 3.4.1 计算细节37-38
• 3.4.2 统计NVT结果并计算溶解度参数38-40
• 3.5 小结40-41
• 第四章 光活性层形貌的分析41-48
• 4.1 平衡后各质量比例下形貌的表征41-42
• 4.2 平衡后两相接触面积及比表面的分析42-45
• 4.3 平衡后光活性层结晶度的分析45-46
• 4.4 平衡后P3HT主链的RDF分析46-47
• 4.5 小结47-48
• 第五章 总结及展望48-49
• 参考文献49-59
• 致谢59-60
• 学位论文评阅及答辩情况表60

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