مطالعه سیستماتیک خانواده فولرنها و ساختار الکترونی آنها برای یافتن گیرنده مناسبی در سلولهای خورشیدی آلی با استفاده از نظریه تابعی چگالی

کار تحقیقاتی انجام شده در این رساله مطالعه نظری برخی از مشتقات خانواده فولرن به عنوان گیرنده-های الکترونی در سلول های خورشیدی پلیمر- فولرن بر پایه نظریه تابعی چگالی در سطح b3lyp به منظور یافتن ترکیباتی با کارایی بالاتر در دستگاه های فوتوولتایی می باشد. تحقیق حاضر در چهار مرحله به این مهم می پردازد. در مرحل اول روابط موجود بین سطوح انرژی lumo با پارامتر ولتاژ مدارباز (voc) برای خانواده ای از مشتقات c60 و c70 بررسی می شود. نتایج در این بخش روابط خطی قابل توجهی بین این دو پارامتر نشان می دهد که توافق خوبی با کارهای قبلی انجام شده دارد. هدف دیگر این بخش بررسی اثر اصلاح طول زنجیر آلیفاتیک، تغییر گروه های استخلافی قسمت استری زنجیره آلیفاتیک و اصلاح بخش آروماتیک این خانواده و در ادامه مشتقات مونو و بیس اداکت های ایندن و بی ایندن c60 بر روی سطوح lumo و کارایی سلول خورشیدی است. نکته کلیدی تحقیقات اخیر در مرحله بعد دست یابی به رابطه خطی بین پارامتر محاسباتی الکتروفیلیسیتی برای مشتقات فولرن و پارامتر تجربی voc دستگاه های فوتوولتایی است. اندیس الکتروفیلیسیتی ویژگی برجسته ای است که به طور همزمان تعیین کننده تمایل یک گونه برای کسب یک الکترون از محیط غنی از الکترون مجاور خود و همچنین مقاومت آن در برابر پس دادن الکترون به محیط پیرامون می باشد. نتایج نشان می دهد جایگزینی استر بوتیریک اسید با استرهای پروپیونیک اسید در قسمت آلیفاتیک و یا افزایش قدرت دهندگی استخلاف های قسمت استری منجر به افزایش مقدار الکتروفیلیسیتی می شود. در نظر گرفتن مشتقات c70 الکتروفیلیسیتی بالاتری نسبت به مشتقات c60 می دهد. افزودن گروه های ایندن روی قفس فولرن (مشتقات ایندن-c60 ) الکتروفیلیسیتی را به مقدارقابل توجهی افزایش می دهد که منجر به افزایش voc می شود. در مرحله سوم به منظور شناسایی و کاراکتریزه کردن ترکیبات مورد نظر به بررسی طیف سنجیnmr این مولکول ها می پردازیم چرا که اعتقاد داریم علی رغم تحقیقات تجربی متعدد، به دلیل پیچیدگی ساختارهای مورد نظر، تحقیقات طیف سنجی نظری بر پایه محاسبات مکانیک کوانتومی همواره می تواند راهنمای مفیدی در مسیر شناسایی و کاراکتریزه کردن این مولکول ها باشد. درنهایت به منظور شناسایی پتانسیل های لازم خانواده فولرن ها برای استفاده در سلول های خورشیدی پلیمر- فولرن به بررسی دو گروه از این مولکول ها می پردازیم. گروه اول شامل مشتقات فولرن دوپ شده با بور و نیتروژن می باشد و گروه دوم مجموعه ای از فولرن های سیلیکونی را در بر می گیرد که هر دو می توانند بستر مناسبی را برای شرکت در لایه فعال سلول های خورشیدی پلیمر- فولرن ایجاد نمایند.