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本論文電子全文於2014-08-01起於校外公開使用
本論文紙本於2014-08-01起公開使用
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| 系統識別號 | U0002-2107201116165600 |
|---|---|
| DOI | 10.6846/TKU.2011.00781 |
| 論文名稱(中文) | 染料敏化太陽能電池(DSSC)之電子予體和π-共軛連結基效應的理論計算研究 |
| 論文名稱(英文) | Theoretical Studies of Dye Sensitizers Solar Cells Of Effects of Electron Donors and π-Conjugated Linker |
| 第三語言論文名稱 | |
| 校院名稱 | 淡江大學 |
| 系所名稱(中文) | 化學學系碩士班 |
| 系所名稱(英文) | Department of Chemistry |
| 外國學位學校名稱 | |
| 外國學位學院名稱 | |
| 外國學位研究所名稱 | |
| 學年度 | 99 |
| 學期 | 2 |
| 出版年 | 100 |
| 研究生(中文) | 張紘瑋 |
| 研究生(英文) | Hung-Wei Chang |
| 學號 | 698160461 |
| 學位類別 | 碩士 |
| 語言別 | 繁體中文 |
| 第二語言別 | |
| 口試日期 | 2011-07-12 |
| 論文頁數 | 138頁 |
| 口試委員 |
指導教授
-
王伯昌
委員 - 李錫隆 委員 - 李世元 |
| 關鍵字(中) |
染料敏化太陽能電池 |
| 關鍵字(英) |
DSSC TPA D-π-A |
| 第三語言關鍵字 | |
| 學科別分類 | |
| 中文摘要 |
本論文探討四種不同的電子予體搭配四種不同的π-共軛連結基所形成無金屬有機染料分子中電子予體和π-共軛連結基所産生的效應。選擇DFT/B3LYP/6-31G*為計算方法，在不同π-共軛連結基系統時，π -共軛連接基的長短與及π -共軛連接基上不同原子的共振能和電子傳遞的能力有相關，π -共軛連接基中共軛長度較長使得結構上電子的共軛性增加，而π -共軛連接基共振能較小者可使電子非定域化到電子受體有利於電子傳遞，由結果得知BT是個不錯的π -共軛連接基選擇; 不同電子予體系統時，D-π-A系統染料中有較強電子予體則會得較高HOMO值，電子予體BDMA推電子能力雖略差電子予體DTQ能隙上表現更優於電子予體DTQ。吸收光譜方面討論S0 → S1( H → L )和( H-1 → L )兩個主要的吸收波長，H → L吸收波長視為電子予體到電子受體分子內電荷轉移( ICT ) ; H -1 → L吸收波長為整個染料分子π-π*的電子躍遷。電子予體BDMA為能隙值最低者且紅位移程度大和吸收光譜範圍廣，由此可知電子予體BDMA是個不錯的選擇。 |
| 英文摘要 |
This paper studies four different electron donors with four different π-conjugated linker formed metal-free organic dye molecules of effects of electron donors and π-conjugated linker. In this study used DFT/B3LYP/6-31G* method. In different π-conjugated linkers systems, the length of π-conjugated linkers and π-conjugated linkers connected different atomic resonance energy and electron transfer ability-related, π-conjugated conjugated length of the connection based on the electronic structure of a longer makes the conjugate increased, the π-conjugated linkers connection allows the resonance to smaller electronic delocalization of the electron acceptor is conducive to electron transfer from the results that BT is a good π-conjugated linker selection. In different electron donors systems, D-π-A dye in the system electronics to have a stronger electron donor will have a higher HOMO value,electron donor BDMA to push electronic electronic, although those with less ability to electron donor DTQ electronic energy gap on the performance of more than electronic to the electron donor DTQ. Absorption spectrum in the discussion S0 → S1 (H → L) and (H-1 → L) are two main absorption wavelength, H → L absorption into the electron donor as to the electron acceptor electronic intramolecular charge transfer (ICT); H -1 → L absorption wavelength of the dye molecules π-π * electronic transition. Electron donor BDMA as the lowest energy gap and the red shift of the absorption spectrum of large and wide, can be seen to electron donor BDMA is a good choice. |
| 第三語言摘要 | |
| 論文目次 |
目 錄
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 太陽能電池的種類介紹 2
1-2-1 無機太陽能電池 3
1-2-2 有機太陽能電池 4
1-3 染料敏化太陽能電池 6
1-3-1 染料敏化太陽能電池之發展 6
1-3-2 染料敏化太陽能的結構與組成
1-3-3 染料敏化太陽能的工作原理 10
1-4 染料光敏化劑 11
1-4-1 染料光敏化劑的特性 12
1-4-2 染料光敏化劑的種類 13
1-5 文獻回顧 15
1-6 研究動機 16
第二章 原理與方法 19
2-1 量子力學（Quantum Mechanics） 19
2-2 計算方法（Computation Method） 20
2-2-1 基底函數組（Basis Set） 24
2-2-2 基底函數組效應（Basis Sets Effect） 26
2-2-3 密度泛函數理論（Density Function Theory） 31
2-2-4 TD關鍵字 34
第三章 結果與討論 36
3-1 計算方法 39
3-2 不同π-共軛連結基系統 40
3-2-1 結構分析 40
3-2-2 能隙 56
3-2-3 吸收光譜 64
3-2-4 不同π-共軛連結基系統總論 86
3-3 不同電子予體系統 87
3-3-1 結構分析 87
3-3-2 能隙 103
3-3-3 吸收光譜 111
3-3-4 不同電子予體系統總論 130
第四章 結論 133
第五章 參考文獻 135
表 目 錄
表3-1 所研究的染料分子名稱 36
表3-2 TPA系列結構鍵長與兩面角(r: Å ,Φ: °)(DFT/b3lyp/6-31g*) 41
表3-3 DTQ系列結構鍵長與兩面角(r: Å ,Φ: °)(DFT/b3lyp/6-31g*) 45
表3-4 BDMA系列結構鍵長與兩面角(r:Å ,Φ:°)(DFT/b3lyp/6-31g*) 49
表3-5 BTPA系列結構鍵長與兩面角(r: Å ,Φ: °)(DFT/b3lyp/6-31g*) 53
表3-6 TPA系列分子HOMO、LUMO、Eg的計算值 56
表3-7 DTQ系列分子HOMO、LUMO、Eg的計算值 58
表3-8 BDMA系列分子HOMO、LUMO、Eg的計算值 60
表3-9 BTPA系列分子HOMO、LUMO、Eg的計算值 62
表3-10 TD-DFT計算TPA系列分子吸收波長與分子軌域貢獻值 67
表3-11 TD-DFT計算DTQ系列分子吸收波長與分子軌域貢獻值 72
表3-12 TD-DFT計算BDMA系列分子吸收波長與分子軌域貢獻值 77
表3-13 TD-DFT計算BTPA系列分子吸收波長與分子軌域貢獻值 82
表3-14 DE系列結構鍵長與兩面角(r: Å ,Φ: °)(DFT/b3lyp/6-31g*) 88
表3-15 BF系列結構鍵長與兩面角(r: Å ,Φ: °)(DFT/b3lyp/6-31g*) 92
表3-16 BT系列結構鍵長與兩面角(r: Å ,Φ: °)(DFT/b3lyp/6-31g*) 96
表3-17 TTDO系列結構鍵長與兩面角(r: Å ,Φ:°)(DFT/b3lyp/6-31g*) 100
表3-18 DE系列分子HOMO、LUMO、Eg的計算值 103
表3-19 BF系列分子HOMO、LUMO、Eg的計算值 105
表3-20 BT系列分子HOMO、LUMO、Eg的計算值 107
表3-21 TTDO系列分子HOMO、LUMO、Eg的計算值 109
表3-22 TD-DFT計算DE系列分子得到吸收波長與分子軌域貢獻值 113
表3-23 TD-DFT計算BF系列分子得到吸收波長與分子軌域貢獻值 118
表3-24 TD-DFT計算BT列分子得到吸收波長與分子軌域貢獻值 123
表3-25 TD-DFT計算TTDO系列分子得到吸收波長與分子軌域貢獻值 128
圖 目 錄
圖1-1 German Advisory Council on Global Change對未來能源供應主要來源的預測
2
圖1-2 染料敏化太陽能電池構造圖 4
圖1-3 可撓式的有機高分子太陽能元件 6
圖3-1a 本論文使用電子予體材料 38
圖3-1b 本論文使用π-共軛連結基材料 38
圖3-2 TPA系列示意圖 42
圖3-3 DTQ系列示意圖 46
圖3-4 BDMA系列示意圖 50
圖3-5 BTPA系列示意圖 54
圖3-6 TPA系列與TiO2導帶比較 57
圖3-7 DTQ系列與TiO2導帶比較 59
圖3-8 BDMA系列與TiO2導帶比較 61
圖3-9 BTPA系列與TiO2導帶比較 63
圖3-10 太陽輻射光譜 64
圖3-11 TPA系列MO圖 68
圖3-12 DTQ系列MO圖 73
圖3-13 BDMA系列MO圖 78
圖3-14 BTPA系列MO圖 83
圖3-15 DE系列示意圖 89
圖3-16 BF系列示意圖 93
圖3-17 BT系列示意圖 97
圖3-18 TTDO系列示意圖 101
圖3-19 DE系列與TiO2導帶比較 104
圖3-20 BF系列與TiO2導帶比較 106
圖3-21 BT系列與TiO2導帶比較 108
圖3-22 TTDO系列與TiO2導帶比較 110
圖3-23 DE系列MO圖 114
圖3-24 BF系列MO圖 119
圖3-25 BT系列MO圖 124
圖3-26 TTDO系列MO圖 129
|
| 參考文獻 |
參考文獻 [1] German Advisory Council on Global Change，2003 [2] Hurd F. & Livingston, R. , J. Phys. Chem., 1940, 44, 865 [3]Oster, G.; Bellin, J. S. , J. Am. Chem. Soc., 1959, 81, 5095 [4]Chaberek, S.; Shepp, A. & Allen, R. J. , J. Phys. Chem.,1965, 69, 641 [5]Chaberek, S.; Shepp, A. & Allen, R. J. , J. Phys. Chem., 1965, 69, 647 [6]Chaberek, S.; Shepp, A. & Allen, R. J. , J. Phys. Chem., 1965, 69,2834 [7]Chaberek, S.; Shepp, A. & Allen, R. J. , J. Phys. Chem., 1965, 69,2842 [8]Kearns et al. , J. Am. Chem. Soc., 1967, 89, 5455 [9]Kearns et al. , J. Am. Chem. Soc., 1967, 89, 5456 [10]Tsubomura, H.; Matsumura, M.; Nomura, Y. & Amamiya, T. , Nature., 1976, 261, 402 [11]O’Regan, B. & Grätzel, M. , Nature., 1991, 353, 737 [12]Grätzel, M. , Inorg. Chem., 2005, 44, 6841 [13]Wang, Z. S.; Yanagida, M.; Sayama, K. & Sugihara, H. , Chem. Mater., 2006, 18, 2912 [14]Lee, W. O.; Wakahara, A. & Yoshida, , Ceram. Int., 2006, 32, 495 [15]Kakiuchi, K. H. & Fujihara, S. , J. Photochem. Photobiol. A-Chem, 2006, 179, 83 [16]Matsui, M. H.; Funabiki, K.; Jin, Ji-Ye.; Yoshida, T. & Minoura, H. , Synth. Met, 2005, 148, 147 [17]Keis, K. M.; Lindstrum, E. H.; Lindquist, S. & Hagfeldt, A. , Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 2002, 73, 51 [18]Kroeze, J. E. , Thin Solid Films, 2003, 451-452, 54 [19]Aegerter, M. A. , Energy Mater. Sol. Cells, 2001, 68, 401 [20]Huang, S. Y.; SchlichthÖrl, G.; & Nozik, A. J. , J. Phys. Chem. B., 1997, 101(14), 2576 [21]Thomas, K. R.; Lin, J. T. & Tao, Y. , J. Am. Chem. Soc., 2001, 123(38), 9404 [22]Kay, A. & Grätzel, M. . Solar Energy Material and Solar Cells, 1996, 44(1), 99 [23]Nazeeruddin, M. K.; Péchy, P. & Ronouard, T. , J. Am. Soc., 2001, 123(8), 1613 [24]Grätzel, M. , Inorg. Chem. 2005, 44(20), 6841 [25]Grätzel, M. , C:Photochem. Rev., 2003, 4, 145 [26]He, J.; Benkö, G.; & Korodi, F. et al. , J.Am. Chem. Soc., 2002, 124, 4922 [27]Aiga, F. & Tada, T. , Journal of Molecular Structure, 2003, 658, 25 [28]Mohammad, K. N.; Péchy, P. & Renouard, T. , J.Am.Chem. Soc, 2001, 123, 1613 [29]Yamaguchi, T.; Uchida, Y.; Agatsuma, S. & Arakawa, H. , Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 2004, 164, 33 [30]Luque, A. & Hegedus, Handbook of Photovoltaic Science and Engineering. John Wiley & Sons Ltd., 2003. [31]Bingwen, J. & Manhua, Z. , Chinese Science Bulletion, 1997, 42, 1937 [32]黃春輝、李富友、黃岩誼。曉園出版社，2006。 [33]Kanis, D. R.; Rather, M. A. & Marks, T. J. , Chem. Rev., 1994, 94, 195 [34] M. Gratzel, J. Photochem. Photobiol. C , 2003, 4, 145. [35] T. Dittrich, B. Neumann, H. Tributsch, J. Phys. Chem. C, 2007, 111, 2265 [36] X.Z. Liu, Y.H. Luo, H. Li, Y.Z. Fan, Z.X. Yu, Y. Lin, L.Q. Chen, Q.B. Meng, Chem.Commun, 2007, 27, 2847 [37] J.B. Xia, F.Y. Li, H. Yang, X.H. Li, C.H.J. Huang, Mater. Sci , 2007,42, 6412 [38] M.X. Li, X.B. Zhou, H. Xia, H.X. Zhang, Q.J. Pan, T. Liu, H.G. Fu, C.C. Sun, Inorg.Chem, 2008, 47, 2312 [39] Hara K, Sato T, Katoh R, Furube A, Ohga Y, Shinpo A, et al. Journal of Physical Chemistry B ,2003 , 107(2), 597 [40] Sayama K, Hara K, Mori N, Satsuki M, Suga S, Tsukagoshi S, et al. ,Chemical Communications 2000, 1173 [41] Ehret A, Stuhl L, Spitler M. T. , Journal of Physical Chemistry B ,2001 ,105(41) ,9960 [42] Horiuchi T, Miura H, Sumioka K, Uchida S. Journal of the American Chemical Society, 2004 ,126(39) ,12218 [43] Wang Z, Li F, Huang C. ,ChemicalCommunications, 2000 ,2063 [44] Liang M, Xu W, Cai F, Chen P, Peng B, Chen J, et al. , Journal of Physical Chemistry C, 2007 ,111(11) ,4465 [45] Velusamy M, Thomas KRJ, Lin JT, Hsu Y, Ho K. , Organic Letters ,2005 ,7(10) ,1899 [46] Tsai M, Hsu Y, Lin JT, Chen H, Hsu C. , Journal of Physical Chemistry C, 2007 ,111(50) ,18785 [47] Thomas KRJ, Hsu Y, Lin JT, Lee K, Ho K, Lai C, et al. , Chemistry of Materials, 2008, 20(15) ,1830 [48] Hara K, Sato T, Katoh R, Furube A, Yoshihara T, Murai M, et al. , Advanced Functional Materials, 2005 ,15(2) ,246 [49] Tian H, Yang X, Chen R, Pan Y, Li L, Hagfeldt A, et al. Chemical Communications, 2007 ,3741 [50] Chen R, Yang X, Tian H, Sun L. , Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry , 2007 ,189 ,295 [51] Koumura N, Wang Z, Mori S, Miyashita M, Suzuki E, Hara K. , Journal of the American Chemical Society, 2006 ,128(44) ,14256 [52] F. De Angelis, S. Fantacci, A. Selloni, Chem. Phys. Lett, 2004 ,389 , 204 [53] F. De Angelis, S. Fantacci, A. Selloni, M.K. Nazeeruddin, Chem. Phys. Lett, 2005 , 415 ,115. [54] Y. Xu, W.K. Chen, M.J. Cao, S.H. Liu, J.Q. Li, A.I. Philippopoulos, P. Falaras, Chem.Phys, 2006 ,330 , 204 [55] M.K. Nazeeruddin, F. De Angelis, S. Fantacci, A. Selloni, G. Viscardi, P. Liska, S.Ito, B. Takeru, M. Gratzel, J. Am. Chem. Soc. , 2005 ,127 , 16835 [56] F. De Angelis, S. Fantacci, A. Selloni, M. Gratzel, M.K. Nazeeruddin, Nano Lett. , 2007 ,10 , 3189 [57] F. De Angelis, S. Fantacci, A. Selloni, M.K. Nazeeruddin, M. Gratzel, J. Am. Chem.Soc. , 2007 ,129 , 14156. [58] F. De Angelis, S. Fantacci, A. Selloni, Nanotechnology , 2008 ,19 , 424002 [59] D. Di Censo, S. Fantacci, F. De Angelis, C. Klein, N. Evans, K. Kalyanasundaram,H.J. Bolink, M. Gratzel, M.K. Nazeeruddin, Inorg. Chem. , 2008 ,47 , 980. [60] Y. Kurashige, T. Nakajima, S. Kurashige, K. Hirao, Y. Nishikitani, J. Phys. Chem. A, 2007 ,111 , 5544. [61] M.P. Balanay, D.H. Kim, Phys. Chem. Chem. Phys. , 2008,10, 5121 [62] P. Persson, M.J. Lundqvist, J. Phys. Chem. B, 2005 ,109 , 11918 [63] P. Persson, M.J. Lundqvist, R. Ernstorfer, W.A. Goddard III, F. Willig, J. Chem.Theory Comput. , 2006 ,2 , 441 [64] M.J. Lundqvist, M. Nisling, S. Lunell, B. Akermark, P. Persson, J. Phys. Chem. B, 2006 ,110 , 20513 [65] M. Nilsing, P. Persson, S. Lunell, L. Ojamae, J. Phys. Chem. C, 2007 ,111 , 12116 [66] W.R. Duncan, O.V. Prezhdo, Annu. Rev. Phys. Chem., 2007 ,58 , 143 [67] W.R. Duncan, O.V. Prezhdo, J. Am. Chem. Soc., 2008 ,130 , 9756 [68] L.G.C. Rego, V.S. Batista, J. Am. Chem. Soc. , 2003 ,125 , 7989 [69] Z.Y. Guo, Y. Zhao, W.Z. Liang, G.H. Chen, J. Phys. Chem. C, 2008 112 ,16655 [70] I. Kondov, M. Cˇl’zˇek, C. Benesch, H.B. Wang, M. Thoss, J. Phys. Chem. C, 2007 ,111 , 11970 [71] Hagberg, D. P.; Edvinsson, T. & Sun, L. Chem. Commun., 2006, 2245 [72] Liu, C. T.J; Hao, Y.; Wang, L.; Sun, L. Dyes and Pigments, 2010, 84, 62 [73] Fan, Z., Luo, Y. H., Song, J. S., Guo, X. Z, Liu, W. L., Ma, C. P., Yong, H., Ge, M. F., Bo, Z. S. and Meng, Q. B., Dyes and Pigments, 2009, 81 , 224 [74] H. Choi, J. K. Lee, K. H. Song, K. Song, S. O. Kang, J. Ko, Tetrahedron .,2007, 63, 1553 [75] S. Kim, J. K. Lee, S. O. Kang, J. Ko, J.-H. Yum, S. Fantacci, D. De Angelis, D. D. Censo, M. K. Nazeeruddin, M. Grätzel, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 16701 |
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