提高有机太阳能电池效率的创新途径：基于密度泛函理论（DFT）对小供体材料的探讨

《Journal of Computational Electronics》：Innovative pathways to efficiency in organic solar cells: a DFT perspective on small donors

小分子供体（SMDs）M1、M2、M3的取代基对有机太阳能电池性能的影响研究表明，M3具有最佳光吸收波长（743 nm）、最低激发能（1.67 eV）和最高光捕获效率（0.9996），其电子重排能最低（0.0046 eV），电荷迁移性能优异。

　　

摘要

在有机太阳能电池（OSCs）中，创新的小分子供体（SMDs）因其高吸收率和可调的带隙而受到关注，这有助于提高电池的效率和性能。本研究提出了三种新型的小分子供体（M1、M2和M3），它们通过将末端氢原子分别替换为氟原子（M1）、甲基（M2）和甲氧基（M3）来实现。利用密度泛函理论（DFT）系统地分析了这些替换对材料结构、电子性质和光学性质的影响。研究发现，它们的HOMO-LUMO能隙分别为2.03 eV（M1）、2.02 eV（M2）和2.00 eV（M3）。其中，M3具有最高的吸收波长（λ_max）743 nm、最低的激发能量（1.67 eV）以及最高的光捕获效率（LHE = 0.9996）。电荷转移分析表明，M3的电子重排能量（λ_e = 0.0046 eV）最低，说明其具有优异的电荷迁移能力。这些结果表明，M3是用于高效有机太阳能电池应用的最有前景的候选材料。计算工作使用了Gaussian 09软件包，其中B3LYP泛函与6-31G(d,p)基组结合使用，激发态计算采用了TD-DFT方法。溶剂效应通过PCM模型进行考虑，而激发能量的验证则采用了CAM-B3LYP泛函。