《染料敏化太陽能電池異質界面電子轉移機理的理論研究》是依託吉林大學，由王建擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：染料敏化太陽能電池異質界面電子轉移機理的理論研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王建
- 依託單位：吉林大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
研究DSSC中異質界面電子轉移機制是提升DSSC光電轉化效率的根本出發點。本項目以過渡金屬釕配合物染料為出發點，研究DSSC中染料分子與TiO2納米晶之間異質界面電子轉移動力學機制，從根本上探究提升DSSC效率的可能方案。綜合套用量子力學，分子動力學等計算化學手段，從理論層面揭示複雜體系的電子結構、激發態壽命、載流子遷移率、電子入射時間以及電子重組等與DSSC光電轉化效率之間的制約關係。結合環境因素的考量，建立數學模型，以期在分子水平設計出更有利於光吸收、電子注入和傳輸的DSSC,為DSSC最終走向實用化奠定堅實的基礎。以自身CUDA編程為基礎，結合本課題組在過渡金屬激發態電子結構性質、光敏染料與半導體之間電荷轉移過程的量子理論研究的經驗積累，逐步將GAMESS-US和NAMD中的耗時模組代碼替換為CUDA代碼，實現CPU/GPU混合編程，加速計算，預期可以降低實驗開發成本並縮短實驗周期。
結題摘要
在項目實施階段，圍繞“提升染料敏化太陽能電池光電轉化效率”這一關鍵科學問題，開展了以下諸方面的研究。調控染料分子激發態性質的調控，最佳化染料分子光譜性質，提升光捕獲和吸收利用效率。對於金屬釕配合物染料分子，採用配體修飾方案進行改性；對於卟啉類的染料分子，採用具有推拉電子的輔助配體進行修飾，對拓寬吸收光譜和強化電荷傳輸性質都有利；對於有機體系的染料分子，主要採用共軛修飾的方案，分別對D-π-A,D-A-π-A,D-π-A-A體系，從光捕獲效率，電荷注入驅動力大小，電荷收集效率，開路電壓和短路電流方面進行了評估。染料-半導體界面是DSSC中電荷/電子傳輸的重要環節，在考慮計算資源允許的條件下，先後使用(TiO2)5和大到(TiO2)38的半導體模型，分別研究了金屬釕染料和有機染料在半導體界面上的電子注入驅動力，染料分子光捕獲效率，開路電壓等參數，半定型的評估了不同最佳化方案對最終的DSSC效率的影響。為模擬在真實DSSC中，因電荷聚集而誘發的電場對染料分子性能參數的影響，我們選用具有代表性的金屬釕染料體系為研究對象，研究了定域電場對金屬釕染料分子的光吸收效率，電荷注入驅動力，電荷傳輸能力的影響，並通過鎢摻雜半導體，探討了半導體缺陷對染料分子光譜性質以及其他DSSC參數的影響。染料分子堆積或聚集也可能對DSSC的性能帶來不利的影響。當前，我們先期探討了平面形和碗形有機分子的片層之間的弱相互作用以及堆積或者聚集對電荷傳輸性質的影響，下一步將會進一步研究染料分子在半導體界面上的不同堆積形態對電荷傳輸等性質的影響。
