研究目的
通过改变聚(3-己基噻吩-2,5-二基)衍生寡噻吩上氟和氰基取代基的数量,研究其光电性质以应用于太阳能电池。
研究成果
研究表明,通过改变氰基和氟基等吸电子取代基的数量,可以调控寡聚噻吩的光电性能。与氟取代相比,氰基取代会导致前线轨道能量显著降低。预测的太阳能电池特性显示,大多数氰基和氟基衍生物的性能将优于未取代的聚(3-己基噻吩-2,5-二基)。这项理论研究为通过共轭聚合物材料的化学取代来设计太阳能电池用聚合物提供了见解。
研究不足
该研究属于理论性研究,依赖于计算模型,其结果可能与实验值存在偏差。为降低计算成本,将3位上的己基替换为甲基,这可能无法完全体现含己基聚合物的实际特性。
1:实验设计与方法选择:
采用密度泛函理论(DFT)和含时密度泛函理论(TD-DFT)计算研究寡聚噻吩的光电性质。使用B3LYP杂化泛函配合6-31G(d)基组,以及带有Becke-Johnson阻尼的Grimme D3色散校正(DFT-D3(BJ))进行几何优化和总能量计算。
2:样本选择与数据来源:
研究聚焦于基于聚(3-己基噻吩-2,5-二基)的寡聚噻吩,其氟和氰基取代基数目各异。为降低计算成本,将3位上的己基替换为甲基。
3:实验设备与材料清单:
量子化学计算使用部分基于GAMESS(US)源代码的PC-GAMESS/Firefly QC软件包完成。
4:实验步骤与操作流程:
通过DFT确定寡聚物的气相平衡几何结构。激发态采用B3LYP/6-31G(d)水平的TD-DFT方法确定。前线轨道能量根据P3HT和PC61BM的实验值与计算值线性相关性进行拟合。
5:数据分析方法:
使用GaussSum软件包评估态密度。分子轨道表面和静电势表面通过wxMacmolPlt计算获得。
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