石墨烯材料结合有机太阳能电池的光电性能研究

发布时间：2023-11-25 01:59

　　随着人们对清洁能源的日益青睐,寻求可替代化石能源的可循环清洁能源迫在眉睫。染料敏化太阳能电池(DSSCs)作为清洁能源的一种,因其与刚性和柔性半导体的兼容性好,导带能级易匹配等优点受到了广大能源研究者的瞩目。另外,随着纳米级别制作工艺日渐成熟,纳米材料已经逐渐在各行各业中得到应用。因此,本次工作的目的就是探讨纳米石墨烯材料在DSSCs中的应用的可行性。首先,我们研究了石墨烯量子点(GQDs)的填充对DSSCs光敏层的光学性能的影响。利用多枝染料JH-1为光敏染料层,研究其优化结构、电化学参数、光学性能、以及GQDs掺杂在电场作用下的非线性光学(NLO)作用。其次,我们从分子内排列和界面的角度研究光敏层与半导体基底之间的石墨烯层,对染料敏化太阳能电池电子传输性能的影响。通过前线分子轨道,分子内电荷转移,弱相互作用,界面电子注入动力学和其他微观参数探索锚定石墨烯层片后对DSSCs短路电流密度(Jsc)和开路电压(Voc)的影响。结果表明石墨烯量子点不仅改善了太阳能电池的光学性能,而且在GQDs的作用下,电子转移可以通过一个特定的外部电场来控制。当外加电场强度小于20×10-4 au(au:...

【文章页数】：56 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 太阳能电池分类
    1.3 染料敏化太阳能电池结构及原理
    1.4 染料敏化太阳能电池的研究进展
        1.4.1 国外研究进展
        1.4.2 国内研究现状
    1.5 石墨烯材料在DSSCs的应用
    1.6 现阶段面临问题与本文研究内容和意义
2 基础理论方法
    2.1 薛定谔方程
    2.2 密度泛函理论(DFT)
        2.2.1 Thomas-Fermi理论
        2.2.2 Hohenberg-Kohn理论
        2.2.3 Kohn-Sham理论
    2.3 含时密度泛函理论(TD-DFT)
    2.4 理论计算方法
3 石墨烯量子点控制的染料性能研究
    3.1 引言
    3.2 计算方法
    3.3 分析与讨论
        3.3.1 染料及其量子点掺杂的空间结构
        3.3.2 前线分子轨道(FMO)分析
        3.3.3 电离能(IP),亲和能(EA)以及重组能分析
        3.3.4 光学性能
        3.3.5 受电场控制的NLO开关
        3.3.6 受电场影响的光学性能
    3.4 本章小结
4 石墨烯层片对DSSCs电子传输的影响
    4.1 引言
    4.2 计算方法
    4.3 分析与讨论
        4.3.1 YKP-88和YKP-88/GR复合物的几何结构
        4.3.2 FMO分析
        4.3.3 ICT参数分析
        4.3.4 IP,EA及重组能
        4.3.5 分子内弱相互作用分析
        4.3.6 GR对J_SC的影响
        4.3.7 电子转移动力学
        4.3.8 GR对V_OC的影响
    4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢



本文编号：3867046