几类含噻吩衍生物（聚合物）太阳能电池供体材料的结构与性能研究

摘要

有机太阳能电池(OCSs)具有造价低、污染少、重量轻和易加工等优点。设计与合成性能优异的供体材料是提高电池性能的重要途径之一。理论计算化学在高聚物的性能预测和结构设计方面发挥越来越重要的作用，量子化学MBGFT方法可以更准确的预测体系的激发能和轨道能量，其误差在0.1～0.2 eV之间，是目前大家公认的高精度计算方法之一。
　　本论文主要以几种含噻吩衍生物的共聚物为研究对象，采用密度泛函理论(DFT)和多体格林函数(MBGFT)方法研究了D-A(donor-acceptor)型共聚物和A-D-A(acceptor-donor-acceptor)型共轭小分子体系的结构与激发态性质。
　　此外，卤键弱相互作用在材料的自组装方面具有潜在的应用前景，本论文还对几类重要的含卤键作用的体系进行了研究。
　　本论文的主要工作有:
　　(1)苯并三噻吩(BTT)具有较大的共轭面积，是较好的给电子单元体。它与苯并噻二唑合成了D-A型共聚物，并基于该共聚物的电池得到的PCE高达5.06％。但是从理论上来说，通过改变BTT中硫原子的位置，BTT有七个异构体存在:benzo[2,1-b∶-3,4-b'∶5,6-c'']trithiophene(BTT1),benzo[2,1-b∶-3,4-b'∶5,6-b'']trithio-phene(BTT2), benzo[1,2-b∶-4,3-b'∶5,6-c

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 有机太阳能电池(OSCs)的发展

1．2 OSCs的工作原理

1．3 OSCs的供体材料

1．3．1 D型聚合物供体材料

1．3．2 D-A型共聚物供体材料

1．3．3 A-D-A型或D-A-D型共轭小分子材料

1．4 卤键相互作用

1．5 本论文的研究内容

参考文献

第二章 理论基础

2．1 量子化学

2．1．1 薛定谔(Schr?dinger)方程

2．1．2 密度泛函理论(DFT)

2．1．3 含时密度泛函理论(TDDFT)

2．1．4 分子静电势

2．1．5 自然键轨道分析

2．1．6 分子中原子分析

2．2 多体格林函数理论(MBGFT)

2．2．1 Hedin理论

2．2．2 GW近似(GWA)

2．2．3 Bethe-Salpeter方程(BSE)

参考文献

第三章 基于BTT异构体的D-A型共聚物的理论研究

3．1 引言

3．2 计算方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 计算模型的选择

3．3．2 共聚物的结构和光学性质

3．4 本章小结

参考文献

第四章 基于NDT形成D-A型共聚物的理论设计

4．1 引言

4．2 计算细节

4．3 结果与讨论

4．3．1 泛函和基组选择

4．3．2 聚合物

4．4 本章小结

参考文献

第五章 A-D-A型有机小分子中π共轭桥作用的理论研究

5．1 引言

5．2 计算细节

5．3 结果与讨论

5．3．1 π共轭桥的影响

5．3．2 π共轭桥长度对A-D-A型共轭小分子的影响

5．4 本章小结

参考文献

第六章 FXOn(X=Cl，Br；n=0-3)和CH3CN形成卤键复合物的理论研究

6．1 引言

6．2 计算方法

6．3 结果与讨论

6．3．1 几何结构和相互作用能

6．3．2 重要键长的变化和振动频率分析

6．3．3 NBO和AIM分析

6．3．4 能量分解分析

6．4 本章小结

参考文献

第七章 含金属的卤键复合物的理论研究

7．1 金属参与的卤键相互作用

7．2 MAl3-为受体的卤键相互作用的理论研究

7．2．1 引言

7．2．2 计算方法

7．2．3 结果与讨论

7．2．4 本章小结

7．3 过渡金属M(M=Ni，Pd，Pt)对卤键强度影响的理论研究

7．3．1 引言

7．3．2 计算方法

7．3．3 结果与讨论

7．3．4 本章小结

参考文献

致谢

攻读博士期间发表的论文