بخشی از مقاله
چکیده
سلولهای خورشیدی رنگدانهای نسل جدیدی از سلول های خورشیدی ارزان قیمت و الهام گرفته از پدیده فوتوسنتز هستند، که به دلیل هزینه تولید پایین، شفافیت، تنوع رنگ مورد توجه قرار گرفته است. در سلول خورشیدی رنگدانهای، جذب نورتوسط مولکول رنگ صورت میپذیرد و برای افزایش میزان جذب از یک نیم رسانا استفاده میشود.
در این مقاله به بررسی طیف جذب رنگدانههای گروه OPV3 با استفاده از دو روش Turbo-TDDFT و تابعی چگالی تنگابست وابسته به زمان میپردازیم. گافهای بهدست آمده از هر دو روش تقریبا منطبق بر هم هستند و در هر دو روش گاف محاسبه شده با افزایش اندازه رنگدانهها کاهش یافته است. سپس از اکسید روی به عنوان نیمرسانا استفاده شد و رنگدانهی OPV3 trans-trans بر روی زیر لایه اکسید روی قرارگرفت، و با استفاده از روش Turbo-TDDFT طیف جذب محاسبه گردید.
مقدمه
برای مثال اکسید روی به عنوان نیمرسانا این نقش را میتواند ایفا کند، افزایش بازده میتواند با بهبود جذب کننده حساس به نور با استفاده از طراحی و ترکیب مواد جدید، و یا کاهش مکانیسمهای نامطلوب صورت پذیرد. با این وجود اکثر تحقیقات برای افزایش بازده مربوط به گزینهی اول میباشد. در این مقاله به بررسی گاف هومو لومو رنگدانه های گروه OPV3 شامل OPV3 cis-trans و OPV3 trans-trans و DPO-OPV3 و OPV3-COOH و DMO-OPV3-COOH با دو روش Turbo-TDDFT و TD-DFTB میپردازیم.
سپس نتایج بدست آمده را با هم مقایسه میکنیم از آنجایی که در سلولهای خورشیدی این مولکولها بر روی زیر لایههایی مانند اکسید روی قرار میگیرند محاسبات طیف اپتیک OPV3 trans-trans برروی زیر لایه اکسید روی با استفاده از روش Turbo-TDDFT نیز به انجام رسید. هدف از انجام ابن محاسبات رسیدن به شرایط واقعی در سلولهای خورشیدی است. هدف بعدی، انجام این محاسبات با روش TD-DFTB و مقایسه آن با روش Turbo-TDDFT است که به دلیل دشواری بدست آوردن پارامترهای مناسب برای شبیه سازی هنوز موفق به انجام این محاسبات نشدهایم.
روشهای محاسباتی
الف - روش Turbo-TDDFT طیف اپتیکی مولکولها در بستهی محاسباتی Turbo-TDDFT به روش نظریه تابعی چگالی وابسته به زمان محاسبه میشود. این بستهی محاسباتی جزئی از بستهی محاسباتی Quantum-Espresso محسوب میشود که یک بستهی محاسباتی بر پایهی شبه پتانسیل است. Turbo-TDDFT هماکنون در سیستم های متفاوت، از جمله فتوولتائیک نانو ساختارها و نانو خوشهها موفق بوده است محاسبات Turbo-TDDFT با استفاده از روش لیوویل لنکشوز1 انجام میشود.
ب - روش تابعی چگالی تنگابست وابسته به زمان رهیافت تابعی چگالی تنگابست، نظریه تابعی چگالی برمبنای مدل تنگاب ست میبا شد. در این روش چگالی کل یا چگالی حالت پا یه ، n - r - ، بصورت مجموع چ گالی مرجع یا ورودی، n ، و 0 افتوخیز چگالی، n ، درنظر گرفته میشود سپس با توجه به اینکه در مدل تنگابست اتمها ایزوله است.
نتایج محاسبات
ساختارهای مولکولهای رنگدانهای گروه OPV3 که در این مقاله استفاده شدهاست در شکل 1 به نمایش در آمدهاند. هرکدام از این مولکولها با روشهای DFT و DFTB و بهترتیب با نرمافزارهای Quantum-Espresso و DFTB+ واهلش داده شدهاند. ساختار-های واهلش یافتهی مولکولهای رنگدانهای در دو روش تقریبا بر هم منطبق هستند که حاکی از آن است که میتوان به روشهای کم هزینهتری مانند DFTB برای این رده از مولکولها اطمینان کرد.
طیفهای اپتیکی این مولکولها نیز با دو روش Turbo-TDDFT و TD-DFTB محاسبه شدهاند. که در شکل 2 ترسیم شدهاند. پیک-های هر دو طیف تقریبا بر هم منطبق میباشند. این موضوع نیز حاکی از قابل اعتماد بودن TD-DFTB میباشد. گاف هومو لومو نیز توسط هر دو روش بدست آمده است که در جدول 1 همراه گافهایی که از روشهای DFT و DFTB بهدست آمده، آورده شده است.
