兩類(lèi)新型太陽(yáng)能材料的理論研究.pdf

1、隨著工業(yè)化程度的不斷提高，能源已經(jīng)成為人類(lèi)發(fā)展進(jìn)程中一個(gè)很重要的因素，其產(chǎn)量也成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)和農(nóng)業(yè)水平的重要依據(jù)。技術(shù)和燃料決定了一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)富裕程度。據(jù)估算，在本世紀(jì)末下個(gè)世紀(jì)初，不可再生的常規(guī)能源石油、煤和天然氣將被消耗殆盡，因此能源危機(jī)的加劇迫使我們不得不去尋找新的替代能源，目前各國(guó)主要開(kāi)發(fā)的新能源形式有三種:海洋能、核能、太陽(yáng)能生物能風(fēng)能等等。核能在使用過(guò)程中存在一個(gè)很大的安全隱患就是核泄漏和廢棄物造成的核輻射，部分海洋

2、能源比如潮汐能，雖然資源豐富無(wú)污染，但是其開(kāi)發(fā)利用還存在著較大的難度。地球上所有生命的存在都依靠太陽(yáng)，太陽(yáng)能由于其來(lái)源豐富、無(wú)污染，因此在所有的新能源中，太陽(yáng)能的利用開(kāi)發(fā)已經(jīng)發(fā)展成為其中的主力軍，在下個(gè)世紀(jì)，太陽(yáng)能將成為能夠滿(mǎn)足我們能源需求的綠色能源的主力軍，因此對(duì)于太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)利用具有很重要的意義。在本文中，我們圍繞太陽(yáng)能電池主題展開(kāi)工作，并取得了一些研究成果，主要成果簡(jiǎn)介如下:
　　 1.有機(jī)太陽(yáng)能電池中富勒烯衍生物的載流子

3、傳輸
　　 以聚己基噻吩(P3HT)作為供電子材料，[6,6]-苯C61丁酸甲酯([60]PCBM)作為電子受體材料的聚合物太陽(yáng)能電池被廣泛應(yīng)用，是一種很有前景的太陽(yáng)能電池。為了提高與P3HT的相容性，實(shí)驗(yàn)上合成了一種[60]PCBM的相似物:[6，6]-噻C61丁酸甲基酯?；谝幌盗械牧孔踊瘜W(xué)計(jì)算，我們研究了ThCBM與[60]PCBM的晶體結(jié)構(gòu)中的一些關(guān)于載流子傳輸?shù)男再|(zhì)。首先優(yōu)化了幾種富勒烯衍生物的分子結(jié)構(gòu)，在優(yōu)化的基礎(chǔ)上

4、計(jì)算它們的重組能、晶體結(jié)構(gòu)中的傳輸積分、能帶和紫外可見(jiàn)吸收光譜。結(jié)合Marcus半經(jīng)驗(yàn)公式估算了ThCBM的電子和空穴的載流子遷移率，ThCBM在α方向上的載流子遷移率的計(jì)算值是1.16cm2V-1s-1，這個(gè)計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值(2±0.5cm2V-1s-1)很接近，從而證明了我們采用的計(jì)算模型是可信的。[60]PCBM的空穴和電子的載流子遷移率的計(jì)算值分別是0.18cm2V-1s-1和1.49cm2V-1s-1，對(duì)于ThCBM與[60]

5、PCBM晶體結(jié)構(gòu)中的所有傳輸路徑進(jìn)行了研究分析，結(jié)果顯示ThCBM也是一種很有潛力的受體材料。
　　 2.太陽(yáng)能染料敏化電池中鋅卟啉染料敏化劑的研究
　　 自從1991年Gr(a)tzel和他的課題組提出染料敏化電池的概念后，實(shí)驗(yàn)上合成了許多染料敏化劑用于制造染料敏化太陽(yáng)能電池，這些染料敏化劑的分子結(jié)構(gòu)一般都是有供電子和吸電子的單元組合而成的。為了得到較高效率的染料敏化電池，設(shè)計(jì)出具有較高的光吸收效率以及能夠使得電子在染

6、料敏化劑以及TiO2電極之間較容易的轉(zhuǎn)移的燃料敏化劑時(shí)至關(guān)重要的。最近，有文章指出，在實(shí)驗(yàn)上已經(jīng)合成了像釕化合物那樣具有有效的光電性質(zhì)的卟啉類(lèi)染料敏化劑，但是這些染料敏化劑最不理想的一點(diǎn)就是容易在溶劑中發(fā)生分子間的聚集，從而降低了材料的效率。為了解決這個(gè)問(wèn)題，最近實(shí)驗(yàn)上合成了一系列的在卟啉環(huán)上加上較長(zhǎng)烷氧基取代的苯基，烷氧基鏈的增長(zhǎng)有效的降低了敏化劑分子在溶劑中的聚集?；谶@些實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們選取較為典型的幾種鋅卟啉化合物，對(duì)于分子結(jié)構(gòu)以