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基于N,N-烷基胺的有机染料结构修饰对其作为DSSC敏化剂效率影响的理论研究

DOI：10.1007/s00894-018-3888-0 期刊：Journal of Molecular Modeling 出版年份：2019 更新时间：2025-09-23 15:22:29
摘要： 在本研究中，我们通过理论计算对一系列新型有机染料进行了研究，这些染料以N,N-烷基胺为电子给体、氰基丙烯酸基团为电子受体和锚定基团。采用密度泛函理论(DFT)和时间相关密度泛函理论(TD-DFT)方法，计算了每种染料中由辅助给体基团(3,4-乙烯二氧噻吩，EDOT)或辅助受体基团(苯并噻二唑，BTZ或二酮吡咯并吡咯，DPP)连接噻吩或苯环构成的六种不同π共轭桥连结构的最高占据分子轨道能(EHOMO)、最低未占分子轨道能(ELUMO)、带隙(Egap)、最大吸收波长(λmax)、激发能(Eex)、开路光电压(Voc)、光捕获效率(LHE)及自由注入能(ΔGinject)等参数以比较其光伏性能。系统探究了在π桥中引入额外受体基团(DPP或BTZ)或给体基团(EDOT)对各设计染料的几何结构、电子结构及光伏性能的影响。研究表明，通过修饰染料骨架可显著提升其性能并提高光电转换效率，同时揭示所有被研究的染料都是高效染料敏化太阳能电池(DSSC)敏化剂的潜在候选材料，特别是π桥中含有受体基团DPP的染料表现尤为突出。
作者： S. ElKhattabi，M. Hachi，A. Fitri，A. T. Benjelloun，M. Benzakour，M. Mcharfi，M. Bouachrine
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

通过理论计算研究基于N,N-烷基胺的有机染料结构修饰对其作为染料敏化太阳能电池(DSSC)敏化剂效率的影响。

研究成果

理论研究表明，通过在π桥中引入辅助给体或受体基团来修饰染料骨架，可提升光伏性能，包括减小能隙、增加吸收波长、改善平面性以及增强电子注入与再生能力。所有设计的染料均有望应用于染料敏化太阳能电池（DSSC），其中含二酮吡咯并吡咯（DPP）的染料性能最佳。未来工作应聚焦于这些染料的实验验证与优化。

研究不足

该研究纯属理论性，依赖于计算方法，可能无法完全反映实验实际情况，例如合成挑战、稳定性问题或环境因素。使用特定的基组和泛函可能会引入近似值，且为提高计算效率将烷基链长度缩减至C6，与更长链相比可能会影响准确性。

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