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多态性如何影响有机光伏中的界面电荷转移态？
摘要： 有机光伏（OPV）器件中的体异质结是由聚合物（电子给体）与电子受体材料（通常是官能化富勒烯）组成的混合物，该结构对器件运行至关重要——激子在此处分裂为电子和空穴以产生电流。非富勒烯受体（NFAs）是提升器件效率的潜力新材料，其与电子给体聚合物的固态排列方式对电荷迁移率和OPV器件性能具有决定性影响。尽管已有大量NFA研究，但当前认知多源于经验性考量，关于堆积方式如何影响材料电荷传输特性的原子级机理阐释仍十分有限。本研究通过大规模（最高含3462个原子）密度泛函理论（DFT）模拟，针对实际尺寸的多种聚合物-NFA界面（其NFA区域由同种材料的多晶型体构成）的基态与激发态进行了研究，从而弥合了实验现象与"分子间π-π堆积作用在NFA相中的重要性"这一直观认知之间的鸿沟。研究表明：低连接度会导致激子高度局域化，而高连接度相中的激子能够实现多向离域；值得注意的是，还观测到具有三维离域特性的激子，其迁移率呈现各向同性特征（类似富勒烯体系）。此外，在具有高度互联NFA相的体系中，不仅观察到更低的电荷转移激子结合能，还发现聚合物最低激发态与界面首电荷转移态之间的能量损失更低，这表明此类界面的激子分裂概率更高，有望实现器件效率的提升。
关键词： 有机光伏、非富勒烯受体、DFT模拟、多晶型、电荷转移态
更新于2025-09-16 10:30:52
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靛蓝与指甲花醌共敏化甜菜碱太阳能电池的性能增强：一项对比研究
摘要： 共敏化是通过提升太阳能光谱范围内的光捕获效率来增强太阳能电池性能的重要策略。甜菜碱是一种天然染料，可吸收入射太阳光谱主要部分（绿光区）的光线，是染料敏化太阳能电池中应用效率最高的天然色素。本研究通过采用两种具有互补光吸收特性的天然色素（分别吸收太阳光谱红光区和蓝光区的靛蓝与指甲花醌）对甜菜碱太阳能电池进行共敏化处理，探究其性能提升效果?；诿芏确汉砺?DFT)模拟计算得出的色素分子最高占据分子轨道(HOMO)与最低未占分子轨道(LUMO)能级，证实其与二氧化钛半导体导带能级及I?/I3 ?电解质还原电位能级具有最佳匹配关系——这是实现器件最优性能的必要条件。实验显示指甲花醌太阳能电池性能更优，平均效率达0.311±0.034%，显著高于靛蓝太阳能电池的0.060±0.004%。通过对比甜菜碱分别与靛蓝、指甲花醌共敏化的电池性能发现：甜菜碱/指甲花醌共敏化电池平均效率达0.793±0.021%，高于甜菜碱/靛蓝共敏化电池的0.655±0.019%。相较于纯甜菜碱电池，甜菜碱/靛蓝电池效率提升11.7%，而甜菜碱/指甲花醌电池效率提升更显著（25.5%）。电化学阻抗谱研究表明，效率提升源于甜菜碱/指甲花醌共敏化电池具有更长的电子寿命（313.8毫秒），显著长于甜菜碱/靛蓝电池的291.4毫秒。DFT研究显示，这归因于指甲花醌比靛蓝具有更优的能级匹配度，且靛蓝缺乏偶极矩，使得指甲花醌体系能实现更高效的电荷分离与转移。
关键词： DFT模拟、靛蓝、电化学阻抗谱、染料敏化太阳能电池、共敏化、甜菜碱、散沫花醌
更新于2025-09-12 10:27:22
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用于高效染料敏化太阳能电池的新型茚并二噻吩基有机染料的分子设计
摘要： 基于茚并二噻吩（IDT）的高效光伏器件近期受到广泛关注。本文通过密度泛函理论研究了三种IDT基有机染料及其与(TiO2)46界面的电子光学性质。为提升IDT染料的光电性能，本文针对文献报道的DPInDT染料（J. Org. Chem. 2011, 76, 8977）提出两种结构修饰方法：采用二噻吩并噻吩延长共轭长度，以及用富电子氮原子取代桥接杂原子。计算表明，这两种方法均显著影响分子轨道分布，使吸收峰红移约20纳米，其中前者能增强光捕获效率。所提出的结构修饰还改善了IDT基有机染料的发射光谱特性。计算显示IDT染料激发态向(TiO2)46的超快电子注入时间达飞秒量级，非常适合染料敏化太阳能电池（DSSCs）的高效光电转换应用。本文设计的IDT染料具有优异的电子与光谱学性质，该研究可为开发新型DSSCs用IDT染料提供重要指导。
关键词： 有机染料、DFT模拟、茚并二噻吩、分子设计
更新于2025-09-12 10:27:22
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结合统计物理模型和密度泛函理论（DFT）研究辣椒红染料在二氧化钛上的吸附过程，用于染料敏化太阳能电池
摘要： 本研究报道了结合先进统计物理建模与密度泛函理论(DFT)研究来阐释辣椒红染料在二氧化钛表面吸附过程的方法，该研究针对染料敏化太阳能电池应用。通过统计物理建模方法，成功采用包含四种能量的适宜单层模型从宏观层面解释了吸附过程。DFT模拟用于研究辣椒红染料与二氧化钛表面的相互作用，以理解对染料/半导体相互作用至关重要的原子级细节。我们特别关注辣椒红染料与二氧化钛之间的吸附模式、几何构型及能量关系。DFT模拟确定了参与辣椒红染料在二氧化钛表面吸附的多种结合模式：通过氢原子键的单齿配位、通过氧原子键的单齿配位以及通过两个氧原子键的双齿配位。特别值得注意的是，计算表明当吸附过程涉及羟基和醚官能团时，双齿配位模式会增强辣椒红染料与二氧化钛之间的相互作用。
关键词： 统计物理建模、染料敏化太阳能电池、辣椒油树脂染料、吸附等温线、DFT模拟
更新于2025-09-11 14:15:04
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通过N阴离子掺杂改性TiO2的光学和电子性能以增强可见光辅助光催化性能
摘要： 本工作采用非离子表面活性剂（聚氧乙烯山梨醇酐单油酸酯）作为结构调控剂和软模板，通过改进的溶胶-凝胶法制备了氮掺杂锐钛矿相TiO?纳米晶体。采用X射线衍射、拉曼光谱、紫外-可见漫反射光谱及X射线光电子能谱等技术对样品进行表征，并通过可见光照射下苯酚的光催化氧化反应评估其光催化活性（苯酚浓度由紫外-可见分光光度计测定）。实验结果表明，氮掺杂赋予TiO?纳米催化剂优异的可见光光催化性能。此外，通过密度泛函理论（DFT）计算阐明了纯锐钛矿相TiO?与氮掺杂体系的形成能及电子结构，发现氮掺杂可缩小本征TiO?的带隙，从而使N-TiO?纳米催化剂具备卓越的可见光光催化活性。因此，所制备的N-TiO?光催化剂有望应用于太阳光照射下的有机污染物降解。
关键词： 氮掺杂、DFT模拟、光催化、二氧化钛
更新于2025-09-04 15:30:14