有机太阳能电池中光诱导的激发态能量转移问题的量子动力学研究

摘要

有机太阳能电池（OSC）由于其灵活性，加工工艺简单，成本低等优点，是无机光伏器件的有前景的替代品。OSC的太阳能转化从光吸收开始，由此使供体产生激子。从一个分子到另一个分子的激子转移只是二聚体中的激发能量转移（EET）过程。在这篇文章中，我们通过使用量子动力学研究了嵌入在环境中的DTDCTB二聚体的EET动力学过程。
　　第一部分工作，我们要通过使用多层多组态含时 Hartree（ML-MCTDH）方法来研究包含了环境的 DTDCTB二聚体的 EET动力学过程。该 DTDCTB二聚体在DTDCTB晶体中沿着OA轴有两个不同的堆叠。该系统的哈密顿使用了由第一和第二局部激发态组成的双态模型。我们用投影法建立了非绝热的哈密顿。我们使用ONIOM方法来构建标准模式。由于运行全尺度量子动力学要花费很长时间，我们通过使用谱密度方法处理全尺度振动模式。通过重离散来减少振动模式。然后我们用ML-MCTDH模拟不同数量的重离散模式和不同洛伦兹宽度的EET动力学。结果表明，该系统存在超快 EET过程。我们可以使用较少的重离散模式来表征整个 EET动态过程。使用不同的洛伦兹宽度对动力学过程影响很小。此外，DTDCTB晶体的绝对哈密顿模型将基于二聚体系统的简化模型构建，相应的量子动力学将在未来的工作中进行。
　　第二部分工作，我们通过使用JADE程序包，用即时轨线面跳跃（TSH）方法，在含时密度泛函层面上研究了CH2NH2+分子体系从高激发态上出发的非绝热动力学。通过TSH方法，模拟了从单重激发态（S3/S4/S5）出发的动力学。动力学结果分析表明CN和CH/NH的解离很难同时发生。随着激发态的升高，CH/NH解离的增多导致了体系能量的减少并且使CN键解离减少。另外，扭转运动在从高激发态出发的TSH动力学中并不占主导地位。

目录

第一章 绪论

第二章 方法学

2.1 非绝热哈密顿

2.2 非绝热哈密顿中参数的确定

2.3 振动耦合和谱密度

2.4 量子动力学

第三章 激发能量转移的超快非绝热动力学：多层多组态含时Hartree（ML-MCTDH）方法的量子动力学

3.1 背景介绍

3.2 理论方法

3.2.1 研究体系

3.2.2 非绝热哈密顿

3.2.3 非绝热哈密顿中参数的确定

3.2.4 振动耦合和谱密度

3.2.5 量子动力学

3.2.6 电子结构计算细节

3.3 结果与讨论

3.3.1 系统的表征

3.3.2 振动耦合

3.3.3 EET动力学

3.4 结论

第四章 CH2NH2+体系在高激发态上的非绝热动力学理论研究

4.1 背景介绍

4.2 理论方法

4.2.1 电子结构计算

4.2.2 非绝热动力学

4.3 结果与讨论

4.4 结论

第五章 结论

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢

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