本論文主要是探討Thienoisoindigo（TII）衍生物在D-A1-π-A2型染料上的電子予體(D)以及電子受體(A2)這兩個效應對於染料敏化太陽能電池（DSSC）的影響。使用B3LYP/6-31G（d）方法計算分子的最佳結構、CAM-B3LYP/6-31G（d）方法計算分子的電子性質、TD/BHandHLYP/6-31G（d）計算分子的光學性質。更換八種不同的電子予體片段(D)連接在相同的-TII-T-CA片段上探討予體效應。實驗結果發現，隨著電子予體(D)的平面性越好、推電子能力越強能使整體分子的EHOMO值越上升、ΔGinj.上升、最大吸收波長紅位移、u_normal上升，我們選擇DPA分子當作良好的電子予體片段。接續使用DPA-TII-T-分子片段搭配九個不同的電子受體片段(A2)探討受體效應。實驗結果發現，當接上拉電子能力較強的的電子受體片段(A2)時能使整體分子的ELUMO值下降、最大吸收波長紅位移、RLHE上升、u_normal上升、分子半衰期下降、使分子趨向於ICT的表現。有效電荷激發(ECTE)，則需要考慮到錨錠基團(-COOH)和電子受體(A2)之間的平面性與電子受體(A2)本身的拉電子能力，最後選擇-CA子當作良好的電子受體(A2)候選人在這一系列的討論當中。最後結合電子予體效應與電子受體效應我們選擇DPA-TII-T-CA分子當作良好的候選人應用在染料敏化太陽能電池（DSSC）上。

In this paper, we studies donor effect and acceptor effect for Thienoisoindigo (TII) derivatives at D-A1-π-A2 types Dye-sensitized Solar Cell (DSSC). We discuss dyes optimization structure by B3LYP/ 6-31G（d）method. The electronic properties was calculated by CAM-B3LYP/ 6-31G（d）method. The optical properties was calculated by TD/BHandHLYP/6-31G（d）method. First, we link eight different electron-donor (D) to same -TII-T-CA moiety to discuss donor effect. Acroding to the reasult, the electron-donor (D) has stronger doating ability and high planer between D and TII will cause the HOMO energy increase, the ΔGinj. increase, the maximum absorption wavelength red shift, u_normal increase. In this discussion, We chose DPA fragments to be a good electron-donor (D). Than, we link nine different electron-acceptor(A2) to same DPA-TII-T- moiety to discuss acceptor effect. Acroding to the reasult, the electron-acceptor (A2) has stronger withdrawing ability will cause the LUMO energy decrease, the ΔGinj. increase, the maximum absorption wavelength red shift, u_normal increase. RLHE increase, life-time decrease, leading dyes to be ICT performance. The ECTE needs to consider not only withdrawing ability of electron-acceptor (A2) but also the planarity between anchoring group (COOH) and electron-acceptor (A2). We chose CA fragments to be a good electron-acceptor (A2) in this part. Finily, combining with donor effect and acceptor effect, we choose DPA-TII-T-CA to be a good candidate in this paper. And giving a role to select a good candidate for D-A1-π-A2 type Dye-sensitized Solar Cell（DSSC）.

目錄
第一章 緒論
  1-1 染料敏化太陽能電池（DSSC）的簡介及原理	1
  1-2 染料對於DSSC裝置的影響因素及參考文獻	        17
  1-3 有機光敏化劑的介紹與相關文獻 	        23
  1-4 電子予體效應相關文獻	                29
  1-5 電子受體效應相關文獻	                35
  1-6 Thienoisoindigo（TII）與Isoindigo（II）的相關文獻 43                       
  1-7 研究動機	                                51
第二章 原理與方法
  2-1 密度泛函理論（DFT）	                        54
  2-2 計算方法（Computational Method）	        57
  2-3 基底函數組（Basis Set）	                59
  2-3-1基底函數組效應（Basis Sets Effect）	62
第三章 結果與討論
  3-1 方法挑選與Isoindigo（II）和Thienoisoindigo（TII）的比較  67     	
  3-2 D-A1-π-A2光敏化劑予體片段（D）、受體片段（A2）分類	70
  3-3搭配不同予體片段（D）的D-A1-π-A2系統分子	77
  3-3-1 分子幾何結構分析	                        78
  3-3-2 電子性質、電子注入自由能（ΔGinj.）及再生自由能（ΔGreg.）分析         88        	
  3-3-3 吸收光譜與光捕獲效益（LHE）分析	        93
  3-3-4 分子軌域布分析	                        98
  3-3-5 分子半衰期的分析	                103
  3-3-6 開路電壓（Voc）的分析	                105
  3-3-7 D-A1-π-A2系統分子適當的予體片段（D）挑選	106
  3-4 搭配不同受體片段（A2）的D-A1-π-A2系統分子	109
  3-4-1 分子幾何結構分析	                        109
  3-4-2 電子性質、電子注入自由能（ΔGinj.）及再生自由能（ΔGreg.）分析                                   120	               
  3-4-3吸收光譜與光捕獲效益（LHE）分析	        124
  3-4-4分子軌域分布分析	                        128
  3-4-5分子半衰期的分析	                        134
  3-3-6開路電壓（Voc）的分析	                135
  3-4-7 D-A1-π-A2系統分子適當的受體片段（A2）挑選	137
結論	                                        139
參考文獻	                                        144

圖目錄
圖1-1含金屬之染料敏化劑N3、B719、Black dye的結構圖	3
圖1-2不含金屬之有機染料敏化劑C219的結構圖	4
圖1-3染料敏化太陽能電池發電原理示意圖	7
圖1-4太陽能電池ff與電壓、電流的關係圖	10
圖1-5垂直於半導體的表面的偶極矩示意圖	17
圖1-6 Han等人設計的六個敏化劑結構	19
圖1-7光敏化劑分子之能階與半導體的導帶和電解質配對  	20
圖1-8分子內電荷轉移（ICT）示意圖	21
圖1-9有效電荷激發（ECTE）與無效電荷激發（NECTE）示意圖 22
圖1-10 D-A型有機敏化劑分子示意圖	23
圖1-11 加長π-共軛連結基的有機光敏化劑示意圖	25
圖1-12 D-A1-π-A2形光敏化劑示意圖	26
圖1-13 D-π-A與D-A1-π-A2形光敏化劑之吸收光譜圖	27
圖1-14 D-π-A與D-A1-π-A2形光敏化劑之結構圖	27
圖1-15 D-π-A與D-A1-π-A2形光敏化劑之吸收光譜圖	28
圖1-16 D-π-A與D-A1-π-A2形光敏化劑之光電轉換效率圖	28
圖1-17 Pei等人發展出D-A1-π-A2 型光敏化劑之結構圖	29
圖1-18 Wan等人所設計三個不同電子予體片段的光敏化劑	30
圖1-19不同電子予體片段光敏化劑的吸收光譜圖	31
圖1-20 不同電子予體片段對於整體分子電子性質的影響	32
圖1-21 不同電子予體片段對於整體分子光學性質的影響	32
圖1-22 Fan等人設計之不同電子予體片段光敏化劑結構圖	33
圖1-23不同電子予體片段的光敏化劑之吸收光譜	34
圖1-24 Jia等人設計之三個不同電子受體片段的光敏化劑	36
圖1-25 Jia等人設計的三個不同光敏化劑的吸收光譜圖	36
圖1-26 Wan等人設計兩個不同電子受體的光敏化劑示意圖	38
圖1-27 Wan等人設計兩個不同電子受體光敏化劑的吸收光譜圖 38
圖1-28不同電子予體片段對於整體分子之電子性質的影響	40
圖1-29不同電子受體片段對於整體分子之光學性質的影響	40
圖1-30 Wu等人設計之三個不同電子受體片段的光敏化劑	41
圖1-31三個不同電子受體片段的光敏化劑的吸收光譜圖	42
圖1-32 TII分子應用在有機太陽能電池	44
圖1-33 Vybornyi等人設計的D-A-D系統之有機太陽能電池   45
圖1-34 II 和TII分子片段的結構圖	46
圖1-35 Odajima等人設計的II和TII衍生物結構圖	47
圖1-36 II和TII衍生物的吸收光譜圖 	47
圖1-37 Wang等人設計的II衍生物結構圖	48
圖1-38 Wang等人設計的II衍生物的吸收光譜圖	48
圖1-39 Wang等人設計的四個D-II-π-A2型光敏化劑圖	49
圖1-40 Wang等人設計的四個D-II-π-A2型光敏化劑吸收光譜圖 50
圖3-1光敏化劑TPA-II-T-CA之結構圖	69
圖3-2光敏化劑TPA-TII-T-CA之結構圖	69
圖3-3使用TD/BHandHLYP/6-31G（d）方法計算TPA-II-T-CA及TPA-TII-T-CA的吸收光譜圖。 70            
圖3-4電子予體片段（D）的結構及縮寫	73
圖3-5電子受體片段（A2）的結構及縮寫	75
圖3-6使用CAM-B3LYP/6-311G（d,p）方法，計算不同電子予體片段（D）之HOMO能階能量圖	75
圖3-7使用CAM-B3LYP/6-311G（d,p）方法，計算不同電子受體片段（A2）之LUMO能階能量圖  76            
圖3-8不同電子予體片段（D）之D-A1-π-A2衍生物的鍵長及二面角示意圖  79
圖3-9搭配八個不同的電子予體片段（D）之D-A1-π-A2系統之衍生物的最佳結構化圖    83             
圖3-10使用TD/BHandHLYP/6-31G（d）計算沒有π電子予體片段的D-A1-π-A2系統之衍生物模擬光譜圖     95
圖3-11使用TD/BHandHLYP/6-31G（d）計算有π電子予體片段的D-A1-π-A2系統之衍生物模擬光譜圖   95      
圖3-12使用TD/BHandHLYP /6-31G（d）方法計算搭配不同予體片段（D）之D-A1-π-A2系統之衍生物的HOMO及LUMO電子分布密度圖     102
圖3-13不同電子受體片段（A2）之D-A1-π-A2衍生物的鍵長及二面角示意圖  	  111
圖3-14搭配九個不同的電子受體片段（A2）之D-A1-π-A2系統之衍生物的最佳結構化圖 116            
圖3-15使用TD/BHandHLYP/6-31G（d）計算不同電子受體片段（A2）的D-A1-π-A2系統之衍生物模擬光譜圖  125       
圖3-16使用TD/BHandHLYP/6-31G（d）方法計算搭配不同電子受體片段（A2）之D-A1-π-A2系統之衍生物的HOMO及LUMO電子密度分布  133

表目錄

表1-1 Han等人設計六個敏化劑的光學性質	19
表1-2 Han等人設計六個敏化劑的結構分析	19
表1-3加長π-共軛連結基對有機光敏化劑之光電轉換效率影響 25
表1-4不同電子予體片段光敏化劑的光電轉換效率總表	31
表1-5 不同電子予體片段的光敏化劑之電子性質	33
表1-6 Jia等人設計的三個不同光敏化劑的電子性質	36
表1-7 等人設計的三個不同光敏化劑的吸收光譜	37
表1-8兩個不同電子受體片段的光敏化劑的光電轉換效率表	38
表1-9三個不同電子受體片段光敏化劑的光學性質與電子性質 42
表1-10三個不同電子受體片段的光敏化劑的光電轉換效率表	42
表1-11 TII衍生物之光學性質	44
表1-12 D-A-D系統之有機太陽能電池的光學性質	45
表1-13 II和TII聚合物的光學性質	46
表1-14 II衍生物應用在DSSC上的光電轉換效率表	49
表1-15 4個D-II-π-A2型光敏化劑的光電轉換效率表	50
表3-1 ID-1（TPA-II-T-CA）分子之實驗值與五種不同的TD-DFT的計算方法搭配6-31G（d）計算出的最大吸收波長（λmax，nm）理論值 69
表3-2 使用B3LYP/6-31G（d）方法計算搭配不同的電子予體片段（D）之D-A1-π-A2系統之衍生物之鍵長、二面角  84           
表3-3使用CAM-B3LYP/6-31G（d）計算搭配不同予體片段（D）D-A1-π-A2系統之衍生物的EHOMO/ELUMO/gap和使用TD/BHandHLYP/6-31G（d）計算之ΔGinj、ΔGreg. 88             
表3-4使用TD/BHandHLYP/6-31G（d）方法計算搭配不同予體片段（D）之D-A1-π-A2系統之衍生物的吸收光譜。篩選條件為f >0.3且波長在300 nm以上 96
表3-5使用B3LYP/6-31G（d）方法計算搭配不同電子予體片段（D）D-A1-π-A2系統之衍生物的HOMO及LUMO之pDOS分析  102       
表3-6使用TD/BHandHLYP /6-31G（d）方法計算搭配不同的予體片段（D）之D-A1-π-A2系統之半衰期 103
表3-7使用TD/BHandHLYP /6-31G（d）方法計算搭配不同予體片段（D）之D-A1-π-A2系統之衍生物的u_normal 106
表3-8搭配不同予體片段（D）之D-A1-π-A2系統之評估表     108
表3-9使用B3LYP/6-31G（d）方法計算搭配不同電子受體片段（A2）的D-A1-π-A2衍生物鍵長（r）、二面角數據   110        
表3-10使用CAM-B3LYP/6-31G（d）計算搭配不同受體片段（A2）之D-A1-π-A2系統之衍生物的EHOMO/ELUMO/gap和使用TD/BHandHLYP/6-31G（d）計算之ΔGinj、ΔGreg   120       
表3-11使用TD/BHandHLYP/6-31G（d）方法計算搭配不同予體片段（A2）之D-A1-π-A2系統之衍生物的吸收光譜。篩選條件為 f >0.3且波長在300 nm以上   125      
表3-12使用B3LYP/6-31G（d）方法計算搭配不同電子受體（A2）之D-A1-π-A2系統之衍生物的HOMO及LUMOpDOS分析	134       	
表3-13使用TD/BHandHLYP/6-31G（d）方法計算搭配不同受體片段（A2）之D-A1-π-A2系統之半衰期	135      	
表3-14使用TD/BHandHLYP/6-31G（d）方法計算搭配不同受體片段（A2）之D-A1-π-A2系統的u_normal	136 	
表3-15 搭配不同受體片段（A2）的D-A1-π-A2系統之評估表 138

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