文档介绍：大连理工大学专业学位硕士学位论文
摘 要
面对迫在眉睫的全球能源短缺及环境污染等问题，开发及推广清洁的可再生能源是
解决以上问题的有效手段之一。利用低成本、高效率的太阳能电池无疑是光伏特领域的
研究热点。然而，由于认知的局限，人们依旧无法在常温、常压等条件下模拟光合作用，
甚至无法解答许多细节过程。诚然，目前人们已经熟知参与光合作用过程的相关分子的
静态平衡结构，但是只有深入探索太阳能转化为化学能过程中分子发生的详细微观步
骤，才能设计出高效的太阳能电池。为了深入探索太阳能电池体系的分子微观动力学，
实时监测导致分子结构改变的光化学过程过程，超快时间分辨光谱技术应用而生。然而
我校在飞秒动力学领域的研究几近乎空白，严重的阻碍了我校高质量、高水平的科研项
目的开展，故搭建我校首个超快时间分辨激光光谱测定平台十分急迫。
卟啉类表面桥接金属有机骨架（SURMOFs）可作为模拟自然界中高度有序叶绿素
光合作用的一种模型，即卟啉类发色团。光捕获与能量传递过程是人工光合作用研究中
最为重要的环节，对于光伏发电整体性能的提高起着至关重要的作用。基于有机-无机
杂化钙钛矿材料的钙钛矿太阳能电池以优异的载流子特性，如优异的光吸收能力、较长
的载流子寿命、较高的载流子迁移率和光电转换率等已经成为全世界研究的热点。本篇
论文前期的主要工作是协同 Gagik Gurzadyan 教授搭建了大连理工大学第一个超快激光
光谱测定平台。作为该平台搭建负责人 Gurzadyan 老师的第一个学生，参与及负责平台
内所有设备及耗材的申购、招标、采购、安装、培训、维护及测试工作，目前该平台可
以实时监测太阳能电池、功能染料、有机晶体、薄膜、粉末及纳米材料的分子动力学的
微观图景，超快激光光谱测定平台的成功搭建是自己课题顺利进行的前提，填补了我校
在飞秒动力学领域的空白，它可用于物理、化学、生物、材料及纳米科学诸多方面的研
究，进一步加强了我校在超快分子动力学领域的科研能力。
此外本篇论文还利用各种超快时间分辨光谱学技术，即：时间相关单光子计数，飞
秒荧光上转换和超快泵浦−探测瞬态吸收等技术方法，对卟啉类表面桥接金属有机骨架
薄膜和有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池薄膜的超快光谱学做了系统性的总结，详细说
明了两种体系的激发态弛豫、能量和电荷转移等基本光物理过程，并得到如下一系列的
研究结果：
1. 在相同的条件下，四苯基锌卟啉（ZnTPP）SURMOF 薄膜与 ZnTPP 溶液的激发态动
力学研究表明，SURMOFs 薄膜的第二单重激发态 S2 表现出红移及光谱展宽的现象，
此外，SURMOFs 薄膜的 S2 和 S1 激发态均证实有强烈淬灭，这种现象是相邻卟啉分
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太阳能电池的飞秒激光光谱学研究
子间强的 Förster 共振能量转移（FRET），是由于卟啉分子间吸收和稳态荧光谱的重
叠及量子相干能量转移导致。
2. 通过比较四苯基卟啉（H2TPP）SURMOF 薄膜与 H2TPP 溶液的超快光谱学，薄膜的
Soret 带荧光 (S2 → S0) 的量子产率和寿命均明显增加。此外，Q 带荧光 (S1 → S0) 相
对于溶液体系发生强淬灭，瞬态吸收的测试结果和 S1 及 S2 荧光数据相吻合。这些现
象认为是 Soret 带、Qy 态和 Qx 态的 Franck-Condon 主动模式振动能级排列和这些模式
耦合耗散到环境导致。以上的 SUMOFs 超快光谱学研究加深了对 SUMOFs 作为光捕
获材料相关器件中能量弛豫及传输动力学的理解，此外，也加深了对于以 MOF/卟啉
体系为光合作用“模型”太阳能电池的光物理过程的理解，对器件的优化设计提供参
考。
3. CH3NH3PbBr3 太阳能电池的超快光谱学研究表明激发态动力学以四指数函数衰减，分
别为 200 fs、30 ps、500