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染料敏化太阳能电池中镍掺杂(ZnO)6纳米团簇上丙烯醛功能化的DFT研究

DOI：10.1016/j.heliyon.2019.e02903 期刊：Heliyon 出版年份：2019 更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要： 本研究通过Gaussian 09程序的(DFT/TD-DFT)计算，对比了乙醛在不同吸附构型(C、M1和M2)下对镍掺杂Zn6O6纳米团簇(A-NiZn5O6)的功能化作用（作为染料敏化太阳能电池(DSSC)中的π共轭桥接基团）与锚定基团[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)的效果。通过乙醛的三个官能团——羰基(O)(C)、甲基(CH)(M1)和亚甲基(CH2)(M2)——探究了NiZn5O6与乙醛的相互作用。从能隙(Eg)、全局反应性描述符、分子几何结构、吸附能、态密度、Mulliken原子电荷、分子静电势以及各吸附位点的紫外-可见光谱等方面，全面研究了乙醛与NiZn5O6相互作用的本质。前沿分子轨道分析表明，所有染料都能实现从A-NiZn5O6的LUMO轨道向PCBM的HOMO轨道的合适电子转移。吸附过程显著提高了A-NiZn5O6的入射光子-电流转换效率。密度泛函理论计算确定，与其他位点相比，A-NiZn5O6材料的C位点具有更低的化学硬度和能隙(Eg)，以及更高的电子接受能力和光捕获效率。
作者： S. Dheivamalar，K. Bansura Banu
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究丙烯醛在不同吸附构型下对镍掺杂Zn6O6（A-NiZn5O6）纳米团簇的功能化作用，作为染料敏化太阳能电池（DSSC）中的π共轭桥接基团，并与锚定基团[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯（PCBM）进行比较。

研究成果

A-NiZn5O6的C位点因具有较小带隙，使其在光伏应用中比其他染料更具成为优异纳米复合材料的潜力。电负性、化学硬度和电子接受能力等化学反应参数证明，A-NiZn5O6的C位点具有高转换效率。由于分子内π-π*相互作用实现宽波长范围吸收，并因较小HOMO-LUMO能隙延伸至近红外区域，证明C位点能捕获大部分太阳光谱，从而产生高光电流，最终比M1和M2染料实现更高效的太阳能电池性能。

研究不足

该研究基于理论计算和模拟，可能无法完全反映所有现实条件和相互作用。需要通过实验验证来确认研究结果。

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