染料敏化太阳能电池(DSSCs)因具有低成本、制作简单、环境友好、效率高等优点,是目前最有希望代替传统化石能源的可再生能源.敏化剂作为DSSCs中最重要的组成部分之一,已经被研究了近30年.与金属染料相比,有机染料具有结构多样性,高摩尔吸光系数、性质易调控、环境友好等优点,成为比较有潜力的敏化剂.我们采用密度泛函理论(density functional theory,DFT)和含时密度泛函方法(time-dependent DFT,TD-DFT)研究了6个基于染料R6的D-A型有机染料的光电性质.并且系统的研究了DSSCs性能的相关参数包括几何结构、电子结构、吸收光谱、吸附能力、光捕获曲线(LHE)、理论短路电流密度(《JSCPred.)、理论开路电压(VJSCPred.)以及理论光电转换效率(PCE).表明所有设计的染料都具有较高的PCE.其中染料RD1、2、4-6具有较好的共轭性,RD1-3表现出了较窄的带隙.染料RD1-3、5、6具有更强的光捕获能力,因为它们的吸收光谱覆盖了整个可见光区域,并扩展到近红外区,其最大吸光波长红移了,光捕获曲线拓宽了,理论短路电流也提高了.尤其突出的是染料RD1、2不仅表现出了更好的共轭性和更窄的带隙,还具有更好的光捕获能力.与染料R6相比,染料RD1、2的最大吸收波长红移了54 nm,其光捕获曲线(LHE)也拓宽了.值得一提的是,相比较于染料R6,染料RD1、2的短路电流密度平均提升了12％,使得染料的光电转换效率从染料R6的12.6％提升到了染料RD1、2的14.1％.因而,我们认为染料RD1、2有望成为染料敏化太阳能电池领域中潜在的高效纯有机染料候选物.我们的研究将为DSSCs有机染料的发现提供有效指导.
非金属有机染料 DFT/TD-DFT 光捕获能力 光电性质 光电转换效率