مطالعه ی محاسباتی بر روی خواص نوری و الکترونی سلول های خورشیدی ناهمسان فولرن-پلیمری

در این تحقیق، خواص نوری و الکترونی فولرن -پلیمرهای ناهمسان به عنوان مدلی برای سلول های خورشیدی آلی در فاز گازی و حلال مورد بررسی قرار گرفت. پلیمرهای(2d( (1d)و (3d) به عنوان دهنده و c60، c70، pc60bm و pc60be به عنوان پذیرنده استفاده گردیدند. در این مطالعه سطوح انرژی، شکاف homo-lumo و انرژی بازآرایی توسط نظریه تابعیت چگالی (dft) بدست آمدند. نظریه dft وابسته به زمان (tddft) برای محاسبه خواص نوری آن ها به کار برده شد. تابعی تبادل-همبستگی b3lyp و مجموعه پایه6-311g (d,p) برای تعیین ساختارهای بهینه حالت پایه ی سیستم های مولکولی مذکور به کار برده شدند. برای بررسی اثر حلال، مدل پیوستار قطبش پذیر رسانا-مانند (cpcm) استفاده گردید. محاسبات با استفاده از نرم افزار g09 انجام شده است. مطالعه اثر اندازه پلیمر نشان می دهد که با افزایش اندازه پلیمر، شکاف homo-lumo کاهش و طول موج ماکزیمم، افزایش می یابد. اثر حلال باعث جابه جایی قرمز ((red shift در طول موج ماکزیمم و افزایش جذب در پلیمر و کمپلکس ها می گردد. از طرفی، اثر اندازه پلیمر بر خواص نوری کمپلکس c60/(1d)n با n=1,2,3 بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش اندازه پلیمر، طول موج ماکزیمم نیز افزایش می یابد. علاوه بر این، با افزایش اندازه پلیمر ولتاژ مدار باز (voc) کاهش می یابد. بر اساس نتایج ذکر شده در بالا و بررسی دیگر خواص الکترونی، این نتیجه حاصل می شود که کمپلکس c60/(1d)n=1 نسبت به کمپلکس های c60/(1d)n=2,3 از شرایط بهتری به عنوان سلول خورشیدی ناهمسان برخوردار است. برای بررسی اثر پذیرنده بر خواص سلول خورشیدی، سه نوع متفاوت پذیرنده شامل c70، pc60bm و pc60be به جای c60 مورد مطالعه قرار گرفتند. لازم به ذکر است که دهنده در این حالت مونومر 1d می باشد. بررسی نتایج بدست آمده نشان می دهد که c70/(1d)n=1 به عنوان سلول خورشیدی نسبت به دیگر کمپلکس ها گزینه مناسب تری می باشد. در صورتی که پلیمرهای 2d و 3d (با n=3) به عنوان دهنده استفاده گردند، از بین مواد پذیرنده ذکر شده، pc60bm وpc60be بهترین گزینه می باشند. برای بررسی توانایی کمپلکس های pc60bm/(2d)n=3 و pc60be/(2d)n=3 به عنوان سلول خورشیدی ناهمسان، کمیت‎های مختلفی برای این کمپلکس ها در فاز گازی و در حلال کلروبنزن محاسبه گردید. محاسبه خواص الکترونی و نوری کمپلکس های بالا نشان می دهد که کمپلکس های ذکر شده گزینه های مناسبی برای سلول های خورشیدی در فاز گازی و حلال می باشند، همچنانکه کمپلکس های pc60bm/(3d)n=3 و pc60be/(3d)n=3 در فاز گازی گزینه های مناسبی می باشد.