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《第七届全国计算原子与分子物理学术会议摘要集》2018年
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GQD-X(X=Pc、TBP、TBMAP、TBDAP、TBTAP以及五种结构的铜金属化合物)纳米复合结构太阳能电池敏化剂的理论研究

高峰  杨传路  王美山  马晓光  
【摘要】:酞菁(Pc)是一个在600~700纳米波长范围的太阳光区域内有高消光系数的分子。此外,酞菁具有良好的热稳定性和化学稳定性,并且具有适宜的氧化还原性能。因此,它是一个优秀的捕光材料,已经作为染料敏化电阳能电池(DSSC)敏化剂来使用[1]。半导体四苯并卟啉(TBP)也是一个潜在的染料敏化剂由于其在红外及近红外区域的可调的光吸收性能[2]。四苯并三氮杂卟啉(TBTAP)、顺式四苯并二氮杂卟啉(TBDAP)、四苯并氮杂卟啉(TBMAP)三种结构可以看作是Pc和TBP的混合结构[3]。由不同的量子点组成的纳米复合结构的研究已引起广泛关注,,在构建纳米复合结构的各种量子点中,石墨烯量子点(GQD)的量子限制效应和强的光致发光特性,以及很多独特的电子特性,使其成为制备良好光电性能的纳米复合结构的候选材料。这五种结构以及它们铜金属化大环化合物[4]与GQD的纳米复合结构并没有被详细研究,基于此,我们对十种纳米复合结构作为DSSC敏化剂的可行性进行了理论研究。我们设计了GQD-Pc、GQD-TBP、GQD-TBTAP、GQD-TBDAP、GQD-TBMAP的纳米复合结构以及GQD与这五种结构的铜金属化合物杂化的纳米复合结构。首先利用Gaussian09程序里的杂化密度泛函B3LYP和LanL2dz基函数组,优化获得了这些纳米复合体系的几何结构,并通过频率分析证实了它们的能量稳定性。优化后结构的光吸收特性再用Octopus软件包中的含时密度泛函(TDDFT)方法计算,发现了纳米复合结构具有明显的光吸收加强性。这些纳米复合结构作为DSSC敏化剂的可行性用空间电荷分离,电子转移驱动力,分子轨道能级来分析。结果表明,GQD-Cu-TBP和GQD-Pc有明显的空间电荷分离,合适的HOMO、LUMO能级和电子传递驱动力,以及良好的光吸收特性可作为DSSC最有利的候选敏化剂。

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