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基于富勒烯、非富勒烯受体及无机钙钛矿三种太阳能电池光致动力学的理论研究

基于富勒烯、非富勒烯受体及无机钙钛矿三种太阳能电池光致动力学...

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作者：徐东辉四川师范大学

学位级别：硕士

有机太阳能电池、钙钛矿太阳能电池和二维范德华异质结太阳能电池因其优异的光电性能被认为是极具发展前景的第三代太阳能电池候选者。提高太阳能电池光电转换效率的关键在于电池中的光伏材料,而在光伏材料界面的光生载流子过程更与其... 详细信息

有机太阳能电池、钙钛矿太阳能电池和二维范德华异质结太阳能电池因其优异的光电性能被认为是极具发展前景的第三代太阳能电池候选者。提高太阳能电池光电转换效率的关键在于电池中的光伏材料,而在光伏材料界面的光生载流子过程更与其光电性能密切相关。因此,采用理论计算方法,深入探究不同光伏材料在原子水平的微观机理,可为新型太阳能电池的设计提供坚实的理论基础。在上述原因驱动下,本文采用高精度静态电子结构计算结合非绝热动力学模拟的方法,对三类性能优异的光伏材料的光生载流子动力学过程进行了深入的理论研究,下面分别简要介绍:(1)合理评估了四种由二维过渡金属硫化物和富勒烯结合的范德华异质结(TMDs@Fullerene),即WSe@C、WSe@C、MoTe@C、MoTe@C的光伏性能。结果表明,基于C所有异质结均具有比C型异质结更好的光诱导电子转移速率。其中,WSe@C异质结构由于其超快的电子转移速率(计算合理设计具有更好光电性能的新型异质结提供了方案。(2)研究了基于非富勒烯受体PDI的有机太阳能电池中给体-受体(PTB7@PDI)界面在不同激发波长下的电荷产生过程。结果表明,该界面在不同波长的激发下表现出不同的电荷产生过程。在约591 nm处的激发主要产生局域激子|PTB7>,随后,发生从PTB7到PDI的电子转移,即以通道I电荷产生过程为主,时间尺度在1 ps内;而当使用约487 nm光进行激发时,初始布居的激子同时包括局域激子|PDI>、|PTB7>和电荷转移激子|PTB7PDI>,之后通道I和通道II都可以发生超快电荷生成过程。然而,在不同激发波长下,该界面的电荷生成过程都发生在几个皮秒以内。这种在较宽的太阳光谱范围内的超快电荷产生过程可能是该有机太阳能电池具有优异光伏性能的原因之一。(3)探究了由单层MoS和CsPbBr纳米片形成的异质结的界面能带对齐性质,并考虑了不同界面接触和自旋-轨道耦合效应的影响。结果表明,首先,界面性质与异质结形成过程中的接触界面密切相关,当Cs Pb Br的接触面从Pb Br-端接触面变为Cs Br-端接触面时,能带排列的方式从I型变为II型;此外,自旋轨道耦合效应对于正确预测Cs Pb Br@MoS异质结的这种依赖于接触界面相关的能带排列方式是必不可少的。最后,非绝热动力学模拟表明,由于相邻的能量差较小,在II型Cs Pb Br-Cs Pb@MoS中,电子从Cs Pb Br到MoS的转移发生在100 fs内。基于这些结果,我们提出这种依赖于接触界面的能带排列可能是导致实验观察到的减弱而不是完全消失的光致发光的原因。综上所述,本文的工作不仅为三类新型太阳能电池光伏材料界面的光致动力学过程提供了详细的微观机理,更为将来设计性能更好的新型太阳能电池提供了一定的理论基础。

关键词：静态电子结构计算非绝热动力学模拟密度泛函理论富勒烯非富勒烯无机钙钛矿太阳能电池

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绿色荧光蛋白发色团激发态动力学的理论模拟

绿色荧光蛋白发色团激发态动力学的理论模拟

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中国化学会第30届学术年会-第十九分会：化学中的量子与经典动力学

作者：刘向洋崔刚龙方维海北京师范大学化学学院理论与计算光化学教育部重点实验室

最近,实验上通过化学修饰新合成了邻羟基绿色荧光蛋白发色团(o-LHBDI),具有显著的荧光发光效应。然而其荧光增强的机理并不清楚,在本工作中,我们采用高精度的静态电子结构计算(MS-CASPT2,CASSCF)结合半经验非绝热动力学模拟(OM2/MRCI)... 详细信息

最近,实验上通过化学修饰新合成了邻羟基绿色荧光蛋白发色团(o-LHBDI),具有显著的荧光发光效应。然而其荧光增强的机理并不清楚,在本工作中,我们采用高精度的静态电子结构计算(MS-CASPT2,CASSCF)结合半经验非绝热动力学模拟(OM2/MRCI)详细探究了o-LHBDI的光化学与光物理过程,并与另外两种广泛研究的GFP发色团的光化学与光物理过程进行了比较。计算结果表明,光诱导的激发态质子转移及化学修饰对GFP发色团的荧光强度具有重要的影响。两者的协同作用导致了GFP发色团迥异的激发态动力学行为。本研究为设计更好的荧光蛋白发色团提供了理论依据。

关键词：绿色荧光蛋白发色团静态电子结构计算非绝热动力学模拟

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四苯乙烯衍生物的激发态失活途径

四苯乙烯衍生物的激发态失活途径

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第十三届全国量子化学会议

作者：高远君常雪萍刘向洋李全松崔刚龙 Walter Thiel 教育部理论计算光化学重点实验室北京师范大学化学学院北京理工大学化学化工学院马克思-普朗克煤炭研究所

聚集诱导发光(AIE)现象的发现为有机发光材料领域打开了一扇新的大门。其中,四苯乙烯(TPE)是常见的构建AIE化合物的基元。取代基位置的改变,TPE化合物的光物理性质也会随之变化,如四(间-甲基)苯乙烯(TPE-4mM)的荧光量子产率(Фf)为0.1%... 详细信息

聚集诱导发光(AIE)现象的发现为有机发光材料领域打开了一扇新的大门。其中,四苯乙烯(TPE)是常见的构建AIE化合物的基元。取代基位置的改变,TPE化合物的光物理性质也会随之变化,如四(间-甲基)苯乙烯(TPE-4mM)的荧光量子产率(Фf)为0.1%,而四(对-甲基)苯乙烯(TPE-4oM)的Фf为64.3%,荧光量子产率比前者提高了600多倍!为了揭示这一现象产生的原因,我们采用静态电子结构计算,并结合非绝热动力学模拟研究了两种TPE衍生物的激发态失活机理。计算结果表明:相邻苯环的光环化过程是TPE-4mM激发态失活的主要途径,而这一过程在TPE-4oM中受到阻碍。我们期望这一发现为新型AIE分子的设计提供更多理论依据和理论指导。

关键词： AIE 四苯乙烯衍生物静态电子结构计算非绝热动力学模拟光环化

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