有机聚合物光伏材料的理论研究

【摘要】： 本文用量子化学方法系统地研究了如下3个体系:(1)含苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩的共轭聚合物;(2)含苯乙烯共轭支链的聚噻吩衍生物;(3)吲哚咔唑-受体交替共轭共聚物 首先,采用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法,对聚4,8-双十二烷氧基苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩(PBDT),聚4,8-双十二烷氧基苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩交替(2,5)噻吩(PBDTT)及聚4,8-双十二烷氧基苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩交替(2,9)噻吩并[3,4-b]吡嗪(PBDTTPZ)进行几何结构优化计算。在优化的基础上,运用含时密度泛函理论(TD-DFT)计算了它们的光学性质,得到了最低激发能(Eg),吸收波长及电子相关性质。HOMO和LUMO的能隙就等于LUMO和HOMO之间的能量差。计算结果与实验结果相符得很好,计算结果也为调控共轭聚合物的能隙和吸收带提供了有用的参考。 其次,采用密度泛函理论(DFT)方法和含时密度泛函理论(TD-DFT)方法分别计算了聚[3-(苯乙烯)噻吩](P3PVT)系列:(PEHPVT)n,(PT1)n和(PT4)n的结构和电子性质。聚合物的HOMO-LUMO能隙(△H-L)和最低激发能(Eg)由外推法得到。结果表明:共轭聚合物侧链能够调节吸收峰和HOMO-LUMO能隙。 最后,采用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法,研究了3种吲哚咔唑-受体交替共轭共聚物:聚[2,8-(5,11-二(2-乙基己基)吲哚[3,2-b]并咔唑)-交替-5,7-(2,3-双十二烷基噻吩[3,4-b]并吡嗪)](P281C-TP12),聚[2,8-(5,11-二(2-乙基己基)吲哚[3,2-b]并咔唑)-交替-5,7-(2,3-二(4-(2-乙基己氧基)苯基)-噻吩[3,4-b]并吡嗪)(P281C-TPO),4,7-聚[2,8-(5,11-二(2-乙基己基)吲哚[3,2-b]并咔唑)-交替-(2,1,3-苯并噻二唑)(P281C-BT)。在中性、阴离子态和阳离子态下分别进行几何结构优化计算。在优化的基础上应用了TD-DFT计算了聚合物的ΔH-L,吸收波长及最低激发能。采用B3LYP/6-31G*对聚合物阳离子和阴离子进行全优化,计算电离势(IP)和电子亲合能(Ea)。 本论文从理论上系统地对一系列共轭聚合物太阳能电池材料的结构和光伏性能有关的参数进行了研究和分析。结果表明含时密度泛函理论结合密度泛函理论能够研究共轭聚合物太阳能电池材料,根据几何结构和电子性质,可设计新的聚合物太阳能电池材料。 【关键词】：含时密度泛函理论 吸收波长 能隙 聚合物太阳能电池材料
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：O631.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 研究背景及方向9
• 1.2 聚合物太阳能电池结构9-10
• 1.3 有机聚合物太阳能电池材料10-17
• 1.3.1 受体材料10-12
• 1.3.2 给体材料12-17
• 第2章 苯并[1,2-b:4,5-b']二噻吩共聚物光伏材料的光电性能的理论研究17-30
• 2.1 引言17
• 2.2 计算模型和方法17-18
• 2.3 结果与讨论18-29
• 2.3.1 优化构型18-20
• 2.3.2 HOMO 与LUMO 能隙和最低激发能20-23
• 2.3.3 前线分子轨道23-26
• 2.3.4 吸收光谱26-29
• 2.4 小结29-30
• 第3章 含苯乙烯共轭支链的聚噻吩衍生物吸收光谱的理论研究30-38
• 3.1 引言30
• 3.2 计算方法30
• 3.3 结果与讨论30-36
• 3.3.1 优化结构30-32
• 3.3.2 HOMO 与 LUMO 能隙和最低激发能32-34
• 3.3.3 吸收光谱34-36
• 3.4 小结36-38
• 第4章 吲哚咔唑-受体交替共轭共聚物吸收光谱的理论研究38-48
• 4.1 引言38
• 4.2. 计算方法38
• 4.3. 结果与讨论38-47
• 4.3.1 基态结构38-42
• 4.3.2 HOMO 与 LUMO 能隙和最低激发能42-44
• 4.3.3 电离势和电子亲和能44
• 4.3.4 吸收光谱44-47
• 4.4 小结47-48
• 结论与展望48-50
• 参考文献50-56
• 致谢56-57
• 附录 A57

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