马库斯理论的研究.docx

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摘要
提高太阳能电池的光电转换效率一直是科研工作者们致力追求的,本文通过对Marcus理论与电荷转移的理解认识,结合Franck-Condon原理,学习在经典模型中电子是如何转移,并受什么因素影响,从而在夯实的理论基础上寻找最有效的电子转移途径,最佳的量子点光伏材料,为绿色能源的应用增添一笔力量。
本文主要按以下内容进行展开:
(一):介绍了马库斯理论的基本内涵,了解马库斯构造的电子转移主要与什么相关,并就它针对的方向找到适用的研究背景,帮助自己更好的理解马库斯理论所能解决的问题。
(二):通过介绍电子转移的基本理论,Franck-Condon原理,为理解马库斯理论与电荷转移提供理论基础。对外围电子的研究,从活化复合物出发,经过过渡态,得到反应速度常数表达式,对主要参量如自由能,活化能,重组能进行介绍,结合具体图像分析反转区的出现的原因,并解释马库斯理论的适用条件。
(三):对电荷转移与光诱导电子转移的重要性予以总结。
关键词:Marcus理论电子转移速度 Franck-Condon原理重组能反转区



美国加州理工学院教授马库斯(Rudolph Marcus) 主要从事电子转移理论研究, 他提出的电子转移模型认为:电子转移反应速度取决于电子给体与受体间的距离、反应自由能的变化以及反应物与周围溶剂重组能的大小。马库斯理论可以计算一个电子在两个相近能量的状态间跃迁时的能量变化、电子转移反应速度与反应物分子结构及周围环境的关系。运用这一理论,可以阐述并预测在无机体系、有机体系及生物体系中发生的电子转移反应。[1] 计国祯:《马库斯的电子转移反应理论》,《科学》1993年02期

在物理理论方面,关于荧光量子点如硒化镉(CdSe)、硫化镉(CdS)、硫化锌(ZnS)的研究已经进行了大量的工作,获得了丰富的实验数据,包括大量的有关荧光闪烁现象的研究。在这一理论中,光诱导使电子从表面态转移到光激发产生的价带的空穴,从而发生了量子点荧光的“关闭”。对于荧光量子点和纳米棒在太阳能转化方面的潜在应用,电子转移反应理论有助于理解影响荧光现象的某些因素。

随着能源危机与环境的不断恶化,太阳能作为一种可再生,绿色的能源一直受到众多领域广泛的关注。其中在物理研究领域中,通过提高半导体量子点的光电转换效率,即提高电荷在不同能级间的转移速率,使受光激发的电子能足够缓慢的从高能态回到低能态,保持开路电压和一定数量的电荷载流子,从而实现这一清洁能源高效永久的利用。而Marcus理论即可为光诱导电子转移反应提供最有价值的理论基础。
所以本篇论文通过研究对该思路过程中涉及到的马库斯理论与电荷转移的分析,了解电子如何转移,受什么因素影响,从而在光诱导半导体方面提高光电转化效率,降低太阳能电池的成本。