Інформація
Реєстраційний номер
0219U101596,
Назва роботи
Високоефективні фотоелектричні сонячні елементи на основі нових барвників-сенсибілізаторів. Молекулярний дизайн та оптимізація фотоіндукованих процесів
Керівник роботи
Калугін Олег Миколайович,
Дата реєстрації
23-09-2019
Організація виконавець
Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна
Опис
Обєкт дослідження – теоретичні та експериментальні методи дослідження та дизайну органічних сполук придатних до використання в сонячних елементах; вплив структурних характеристик органічних сполук на спектральні властивості. Мета роботи – оптимізація складу системи: «широкозонний оксидний напівпровідник – барвник-сенсибілізатор – іонна рідина / молекулярний розчинник» з метою підвищення коефіцієнту корисної дії сенсибілізованих барвником сонячних елементів та покращання їх експлуатаційних характеристик шляхом синтезу нових барвників та прогнозу їх електронно-спектральних характерстик. Методи дослідження – органічний синтез; спектроскопія поглинання; квантово-хімічні обчислення, термогравіметричний метод (ТГА). Розроблено та програмно реалізовано методику віртуального скринінгу π-спряжених систем з метою виявлення молекул барвників із заданою електронною будовою (зокрема – оптичними властивостями). Для сгенерованої бібліотеки молекул, яка включає більш чотирьох тисяч систем, спершу було проведено розрахунки спектру за допомогою напівемпіричних методів квантової хімії. Подальший розрахунок найбільш перспективних систем з використанням методів ab initio дозволив запропонувати ряд барвників, що мають інтенсивне поглинання у довгохвильовій частині спектру. З використанням квантово-хімічних розрахунків виконано аналіз електронної будови кон’югантів кумаринових барвників з наночастинкою TiO2, що дало можливість оцінити ефективності фотосенсибілізованого переносу електрона. Проведена оптимізація рециклізаційної методики синтезу 3-(оксадізоліл)кумаринів. На модельних сполуках методом ТГА вивчено залежність температури рециклізації від будови вихідних 2-N-гідразоноімінокумаринів та з використанням цих даних синтезовано ряд нових барвників. З використанням реакції Сузукі проведено введення арильних та геатарильних фрагментів до молекули, що дало можливість подовжити супряження π-системи та досягти батофлорного ефекту.
Опис продукції
Розроблено теоретичні підходи та алгоритмі, за допомогою яких було створено віртуальну бібліотеку органічних сполук – барвників які потенційно можуть бути використані у створенні сонячних комірок. Проведено детальне дослідження можливостей сучасних квантовохімічних методів, які дозволять адекватно описати геометричну та електронну будову, а також оптичні характеристики, перспективних π-спряжених сполук. Реалізовано нові алгоритми віртуального скринінгу, які базуються на прогресивній послідовності наближень квантової хімії починаючи з напівемпіричних π-електронних розрахунків і закінчуючи неемпіричними оцінками спектральних властивостей. Використання вказаних алгоритмів для віртуальної бібліотеки що включає до чотирьох тисяч молекулярних структур-барвників дозволило виділити певну множину перспективних молекул. Також, за допомогою процедури віртуального скринінгу запропоновано ряд нових (ще не синтезованих) барвників які мають реалізувати унікальні оптичні характеристики (довжина хвилі поглинання, інтенсивність поглинання).