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基于POM的染料具有刚性化的双噻吩π连接体：用于染料敏化太阳能电池的潜在高效染料
摘要： 采用密度泛函理论（DFT）和含时密度泛函理论（TD-DFT）计算方法，系统研究了以三苯胺为电子给体、氰基丙烯酸为电子受体、并具有不同噻吩衍生物π连接桥的系列POM基染料，重点分析了含紧固原子（碳和氮）的刚性化联二噻吩对染料敏化太阳能电池（DSSC）性能的影响。研究评估了此前较少涉及的界面电子转移（IET）过程，发现染料2、4和5的电子在100飞秒内几乎完全注入，从而实现快速IET。由于POM基团的引入，染料2不仅最稳定二聚体构型的相互作用能低于染料1，其短路光电流密度JSC和开路光电压VOC也更高。与含2,2'-联二噻吩π连接桥的染料3相比，采用刚性化联二噻吩π连接桥的对应染料（4和5）既能加速IET过程，又能延缓电子复合，从而提升DSSC性能。特别值得注意的是，通过碳原子紧固的刚性化联二噻吩π连接桥染料4，其JSC和VOC值均高于氮原子紧固的染料5。
关键词： 刚性化联噻吩、基于POM的染料、界面电子转移、染料敏化太阳能电池、密度泛函理论
更新于2025-09-23 15:21:01
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界面吸附构型对化学计量比和缺陷态TiO2锐钛矿(101)面染料敏化太阳能电池性能的影响：一项理论研究
摘要： 界面吸附构型对染料敏化太阳能电池（DSSCs）的光伏性能具有重要影响，因此需要通过理论研究进一步理解不同吸附构型对化学计量比和缺陷TiO2（101）表面的短路光电流密度（JSC）与开路电压（VOC）的影响。本文采用DFT和TD-DFT方法，计算了具有不同给电子基团和α-氰基丙烯酸锚定基团（T1-3）的供体-π桥-受体（D-π-A）型卟啉染料单体及其/TiO2体系的吸附情况。首次对比分析了化学计量比与缺陷表面染料/TiO2体系的界面电子注入（IET）和态密度（DOS），深入揭示了影响DSSC效率的电子学因素，该结果能合理解释JSC和VOC的实验变化趋势。研究表明：相比双齿配位，羧基与氰基以三齿配位模式结合可实现更高效的电子注入速率并使导带发生上移。更有趣的是，我们发现含O2c空位的缺陷表面吸附构型（尤其是通过羧基两个氧原子键合的模式）会诱导更显著的导带底上移和相对快速的电子注入。
关键词： 界面电子转移、态密度、染料敏化太阳能电池、吸附构型、二氧化钛
更新于2025-09-16 10:30:52
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基于SM315的卟啉敏化剂用于高效染料敏化太阳能电池的理性设计：一项理论研究
摘要： 为探索高效染料敏化太阳能电池（DSSCs），研究人员采用密度泛函理论（DFT）和含时密度泛函理论（TD-DFT），以Gr?tzel等人合成的SM315为基础，研究了五种引入富电子单元D1-D5作为给体的D-π-A型卟啉染料。所有设计染料的光捕获能力均得到提升，表现为光捕获效率曲线拓宽、吸收光谱延伸至近红外区域、最大吸收波长红移约84纳米以及振子强度翻倍。主要得益于预测短路电流密度的显著提升，这些设计染料的预测整体效率较SM315提高约27%。其中S101表现最为突出，在所有染料中具有最高的预测整体效率16.7%，有望成为最具潜力的候选材料。对所有受试染料的界面电子转移动态模拟表明，激发电子几乎全部在200飞秒内注入半导体TiO?。本研究将为开发高效DSSCs的潜在敏化剂提供指导。
关键词： 卟啉敏化剂、界面电子转移、功率转换效率、染料敏化太阳能电池
更新于2025-09-12 10:27:22