高等学校化学学报
高等學校化學學報
고등학교화학학보
Chemical Journal of Chinese Universities
2015年
10期
2002-2008
,共7页
吴水星%张建钊%苏欣%张吉%吴勇%耿允%苏忠民
吳水星%張建釗%囌訢%張吉%吳勇%耿允%囌忠民
오수성%장건쇠%소흔%장길%오용%경윤%소충민
染料敏化太阳能电池%D-D-π-A 型染料%密度泛函理论%电子复合%给体
染料敏化太暘能電池%D-D-π-A 型染料%密度汎函理論%電子複閤%給體
염료민화태양능전지%D-D-π-A 형염료%밀도범함이론%전자복합%급체
Dye-sensitized solar cell%D-D-π-A dye%Density functional theory%Charge recombination%Donor
为了探讨 D-D-π-A 型染料中双给体对敏化剂性能的影响,本文结合密度泛函理论(DFT)及含时密度泛函理论(TD-DFT)对染料1~4的几何结构、电子结构、吸收光谱、电化学性质、电子复合程度以及半导体导带边缘的移动等进行了对比研究。结果表明,相比于经典的 D-π-A 型染料分子1,在分子2~4(D-D-π-A型双给体染料)中额外引入给体,尽管对导带能级移动的改变不是很显著,但是可以改变体系的共轭程度,增加染料的光吸收强度。重要的是,额外给体的引入可以显著增加染料阳离子空穴-半导体之间的距离,从而减缓注入电子与染料阳离子的复合;在额外给体中引入杂原子可以使 I2聚集在染料外侧,从而降低电解质在半导体表面的局域浓度,进而减缓注入电子与电解质之间的复合速率。因此,通过在经典的 D-π-A 型染料上引入额外的电子给体构筑 D-D-π-A 型染料可以有效调节染料的光吸收、电化学及电子复合等方面的性质,是设计合成高性能染料的可行策略。
為瞭探討 D-D-π-A 型染料中雙給體對敏化劑性能的影響,本文結閤密度汎函理論(DFT)及含時密度汎函理論(TD-DFT)對染料1~4的幾何結構、電子結構、吸收光譜、電化學性質、電子複閤程度以及半導體導帶邊緣的移動等進行瞭對比研究。結果錶明,相比于經典的 D-π-A 型染料分子1,在分子2~4(D-D-π-A型雙給體染料)中額外引入給體,儘管對導帶能級移動的改變不是很顯著,但是可以改變體繫的共軛程度,增加染料的光吸收彊度。重要的是,額外給體的引入可以顯著增加染料暘離子空穴-半導體之間的距離,從而減緩註入電子與染料暘離子的複閤;在額外給體中引入雜原子可以使 I2聚集在染料外側,從而降低電解質在半導體錶麵的跼域濃度,進而減緩註入電子與電解質之間的複閤速率。因此,通過在經典的 D-π-A 型染料上引入額外的電子給體構築 D-D-π-A 型染料可以有效調節染料的光吸收、電化學及電子複閤等方麵的性質,是設計閤成高性能染料的可行策略。
위료탐토 D-D-π-A 형염료중쌍급체대민화제성능적영향,본문결합밀도범함이론(DFT)급함시밀도범함이론(TD-DFT)대염료1~4적궤하결구、전자결구、흡수광보、전화학성질、전자복합정도이급반도체도대변연적이동등진행료대비연구。결과표명,상비우경전적 D-π-A 형염료분자1,재분자2~4(D-D-π-A형쌍급체염료)중액외인입급체,진관대도대능급이동적개변불시흔현저,단시가이개변체계적공액정도,증가염료적광흡수강도。중요적시,액외급체적인입가이현저증가염료양리자공혈-반도체지간적거리,종이감완주입전자여염료양리자적복합;재액외급체중인입잡원자가이사 I2취집재염료외측,종이강저전해질재반도체표면적국역농도,진이감완주입전자여전해질지간적복합속솔。인차,통과재경전적 D-π-A 형염료상인입액외적전자급체구축 D-D-π-A 형염료가이유효조절염료적광흡수、전화학급전자복합등방면적성질,시설계합성고성능염료적가행책략。
In order to explore the effect of extra donor on the performance of sensitizer in dye-sensitized solar cell(DSSC), we have analysized geometrical and electronic structures, absorption spectra, electrochemical properties, charge recombination and conduction band shift for four dyes based on density functional theory (DFT) and time-dependent density functional theory(TD-DFT) calculations. The results show that compared with the classical D-π-A sensitizer 1, although the introduction of extra donor has no significant effect on the conduction band shift, it could change the degree of molecular conjugation and increase their molar absorption coefficients. Importantly, the introduction of extra donors could increase significantly the dye cation hole-conduction surface distance, and thus reduce the charge recombination between the injected electron and dye cation. The introduction of extra donors also make I2 locate at the outside of sensitizer, thus lower the recombination rate between the injected electron and electrolyte. We hope our calculations could provide a clear strategy for experimental synthesis of high performance dyes.