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染料敏化太阳能电池性能精确预测的计算方案

DOI：10.1021/acs.jpcc.9b10869 期刊：The Journal of Physical Chemistry C 出版年份：2020 更新时间：2025-09-16 10:30:52
摘要： 已有多种有机染料被开发用于染料敏化太阳能电池（DSSCs）。然而，理论筛选在设计新染料方面尚未发挥应有作用，这主要归因于缺乏定量计算以及对短路电流密度（JSC）和开路光电压（VOC）——尤其是VOC——的估算值不准确。本工作采用两种不同模型，对具有相同π桥和受体但供体不同的三种D-π-A有机染料（1、2和3）进行了VOC的理论预测。尽管它们的结构存在轻微差异，但通过精确的定量计算成功区分了它们的性能。当与8H-噻吩并[2′,3′:4,5]噻吩并[3,2-b]噻吩并[2,3-d]吡咯（TTP）作为π桥和氰基丙烯酸作为受体结合时，二甲氧基苯取代的吲哚啉比甲氧基取代的三苯胺和甲基取代的吲哚啉更适合作为供体。供体的性能不仅与核心基团有关，还取决于取代基团。理论结果与实验结果之间小于10%的偏差是对照光电流-光电压进行合理预测的保证。
作者： Weiyi Zhang，Li Wang，Lemin Mao，Jiamin Jiang，Hehe Ren，Panpan Heng，Hans Arvid ?gren，Jinglai Zhang
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研究概述 实验方案

研究目的

研究染料敏化太阳能电池性能精确预测的计算方案，重点针对三种具有不同给体的D-π-A型有机染料进行短路电流密度(JSC)和开路光电压(VOC)的定量计算。

研究成果

该计算方案对评估染料敏化太阳能电池（DSSC）性能具有预测能力，理论值与实验结果偏差小于10%。研究发现，当以TTP为π桥、氰基丙烯酸为受体时，二甲氧基苯取代的吲哚啉是更合适的给体材料。该研究强调了核心结构与取代基团对决定染料性能的共同重要性。

研究不足

该研究承认由于结构简化、可能的聚集效应和计算误差导致准确性存在局限。研究还指出其忽略了染料阳离子与注入TiO2电子之间的复合，以及其他与器件制备相关的因素。

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