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基于香豆素修饰的有机高效敏化剂在光电子应用中的量子化学研究

DOI：10.1140/epjd/e2019-100246-9 期刊：The European Physical Journal D 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:21:01
摘要： 染料敏化太阳能电池（DSSCs）性能提升的关键之一在于高效低成本染料的研发与设计。本文研究了一系列新型无金属香豆素基（NKX-2311）染料分子（D1-D4）在DSSC中的应用。这些染料分子包含三部分结构：通过π共轭连接体作为间隔的电子给体（D）、电子受体（A）/锚定基团。采用密度泛函理论（DFT）和含时DFT（TD-DFT）方法计算了D1-D4染料的分子结构、电子吸收光谱及光伏（PV）参数，揭示了化学修饰对香豆素类有机染料光谱及光伏性能的影响。通过评估三种泛函（B3LYP、CAM-B3LYP和ωB97XD）来匹配NKX-2311的实验吸收波长，其中B3LYP方法与NKX-2311吸收波长吻合度最佳。因此采用B3LYP/6-31G(d)基组计算了D1-D4染料激发态的吸收光谱，结果表明D1和D3染料具有较小能隙且吸收光谱呈现系统性红移。理论分析显示D1-D4染料的最低未占分子轨道（LUMO）和最高占据分子轨道（HOMO）对电子注入和染料再生过程具有积极影响。通过极化率和一阶超极化率参数推导出D1-D4染料的非线性光学（NLO）特性，其中D1和D3染料的计算值显示出最优NLO性能潜力。本研究结论将为未来染料设计提供重要参考，有助于开发具有更高光电转换效率（PCE）的DSSCs。
作者： Ammasi Arunkumar，Shajahan Shanavas，Roberto Acevedo，Ponnusamy Munusamy Anbarasan
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研究概述 实验方案

研究目的

研究改性香豆素基染料分子的电子结构和光学吸收特性，用于染料敏化太阳能电池（DSSCs）和非线性光学（NLO）应用。

研究成果

研究表明，D1和D3染料因其较小的能隙和红移的吸收光谱，有望成为染料敏化太阳能电池（DSSC）应用的候选材料。这些染料还表现出优异的非线性光学（NLO）性能，适用于光电器件应用。理论结果为设计高效的无金属D-π-A型染料用于DSSC和非线性光学活性提供了有价值的见解。

研究不足

该研究仅限于理论计算，未包含染料分子在实际染料敏化太阳能电池器件中性能的实验验证。重点在于电子和光学特性，对染料敏化太阳能电池的实际制备与测试关注较少。

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