| 摘要 | 第4-6页 |
| Abstract | 第6-8页 |
| Chapter 1: Introduction | 第12-52页 |
| 1.1 Motivation for organic photovoltaics | 第12-13页 |
| 1.2 Organic photovoltaics: Introduction and background | 第13-18页 |
| 1.2.1 Importance and applications of solar energy | 第17-18页 |
| 1.3 Principal mechanism in the organic solar cells | 第18-19页 |
| 1.3.1 Light Absorption | 第18页 |
| 1.3.2 Formation of exciton | 第18页 |
| 1.3.3 Migration of exciton | 第18页 |
| 1.3.4 Charge separation | 第18-19页 |
| 1.3.5 Recombination or exciton decay | 第19页 |
| 1.4 Classification of Solar cells | 第19-21页 |
| 1.4.1 Silicon solar cells | 第19-20页 |
| 1.4.2 Thin film solar cells | 第20页 |
| 1.4.3 Light-absorbing dyes or Dye-sensitized solar cells (DSSC) | 第20页 |
| 1.4.4 Quantum Dot Solar Cells (QDSCs) | 第20页 |
| 1.4.5 Organic solar cells based on vacuum deposited small molecules | 第20-21页 |
| 1.4.6 Organic/polymer solar cells | 第21页 |
| 1.5 Device based photovoltaic cells classification | 第21-24页 |
| 1.5.1 Single layer photovoltaic cells | 第21页 |
| 1.5.2 Double layer heterojunction photovoltaic cells | 第21-23页 |
| 1.5.3 Bulk Heterojunction photovoltaic cells | 第23页 |
| 1.5.4 Graded heterojunction photovoltaic cells | 第23页 |
| 1.5.5 Multi-junction (MJ) or Tandem solar cells | 第23-24页 |
| 1.6 Parameters effecting solar cells performance | 第24-25页 |
| 1.6.1 Open-circuit voltage (Voc) | 第24页 |
| 1.6.2 Short-circuit current (Isc) | 第24页 |
| 1.6.3 Fill factor (FF) | 第24页 |
| 1.6.4 Efficiency | 第24-25页 |
| 1.6.5 Temperature | 第25页 |
| 1.6.6 Incident light intensity | 第25页 |
| 1.7 Organic semiconductor materials | 第25-42页 |
| 1.7.1 Donors or Hole transport materials | 第25-39页 |
| 1.7.2. Acceptor or electron transport materials | 第39-42页 |
| 1.8 Challenges for achieving highly efficient OPVs | 第42页 |
| 1.9. Structure and scope of the dissertation | 第42-45页 |
| References | 第45-52页 |
| Chapter 2: Quantum Chemical Methods | 第52-75页 |
| 2.1 Introduction and development of quantum mechanics | 第52-54页 |
| 2.2 Molecular orbital theory (MOT) | 第54页 |
| 2.3 The Schr dinger equation | 第54-58页 |
| 2.4 The Hartree-Fock (HF) approximation | 第58-60页 |
| 2.5 Density functional theory (DFT) | 第60-63页 |
| 2.6 Time-dependent DFT (TD-DFT) | 第63-66页 |
| 2.7 Basis sets | 第66-67页 |
| 2.8 Hopping Mechanism | 第67-70页 |
| 2.8.1 Marcus electron transfer rate | 第67-70页 |
| 2.9 UV-Visible absorption spectroscopy (theoretical principle) | 第70-72页 |
| References | 第72-75页 |
| Chapter 3: The Ratio and Topology Effect of Benzodithiophene Donor Fragment to Benzooxadiazole Acceptor Fragment on the Optoelectronic Properties of Donor Molecules toward Solar Cells Materials | 第75-113页 |
| 3.1 Introduction | 第75-78页 |
| 3.2 Computational details | 第78-79页 |
| 3.3 Results and discussions | 第79-107页 |
| 3.3.1 Designed molecules | 第79页 |
| 3.3.2 Molecular structures | 第79-81页 |
| 3.3.3 Electronic properties | 第81-86页 |
| 3.3.4 FMO Distributions patterns | 第86-89页 |
| 3.3.5 Absorption properties | 第89-99页 |
| 3.3.6 Dipole Moment | 第99页 |
| 3.3.7 Reorganization Energy | 第99-105页 |
| 3.3.8 Preferable donors and their match with acceptor molecules | 第105-107页 |
| 3.4 Conclusion | 第107-109页 |
| References | 第109-113页 |
| Chapter 4: X-Shaped Donor Molecules Based on Benzo[2,1-b:3,4-b′]dithiophene as Organic Solar Cells Materials with PDIs as Acceptors | 第113-149页 |
| 4.1 Introduction | 第113-115页 |
| 4.2 Theoretical methodology | 第115-119页 |
| 4.3 Results and discussion | 第119-141页 |
| 4.3.1 Selection of building blocks | 第119-120页 |
| 4.3.2 Donor’s HOMO and LUMO energy levels relative to their fragments | 第120-121页 |
| 4.3.3 Frontier molecular orbitals (FMOs) | 第121-126页 |
| 4.3.4 Absorption properties | 第126-134页 |
| 4.3.5 Natural Transition Orbital (NTO) Analysis | 第134-135页 |
| 4.3.6 Match of optoelectronic properties between donors and acceptors | 第135-136页 |
| 4.3.7 Reorganization energy | 第136-138页 |
| 4.3.8 Drift mobility | 第138-140页 |
| 4.3.9 Stability | 第140-141页 |
| 4.4 Conclusions | 第141-143页 |
| References | 第143-149页 |
| Chapter 5: Theoretical Studies to Investigate the Effect of Different Cores on the Optical and Charge Transfer Properties of the Donor Materials toward Organic Solar Cells | 第149-175页 |
| 5.1 Introduction | 第149-151页 |
| 5.2 Computational methods | 第151-152页 |
| 5.3 Results and Discussion | 第152-170页 |
| 5.3.1 Frontier Molecular Orbitals (FMOs) | 第152-160页 |
| 5.3.2 Absorption properties | 第160-165页 |
| 5.3.3 Dipole Moment | 第165页 |
| 5.3.4 Reorganization energy | 第165-167页 |
| 5.3.5 Mobility | 第167-170页 |
| 5.4 Conclusion | 第170-172页 |
| References | 第172-175页 |
| Acknowledgements | 第175-176页 |
| DEDICATION | 第176-177页 |
| During the school, article has been (to be) published | 第177页 |
