Artificial photosynthesis is used to harvest solar energy and store it in the form of chemical bonds. The system of interest in this study does this by splitting water into hydrogen and oxygen gas through a plasmon assisted process, collective oscillations from free electron gas. This is a renewable way to store energy that could be used as an alternative to fossil based fuel. In this study, a small part of this photo catalytic system is studied, namely the interaction between plasmonically active silver nanoparticles (Ag NPs) transferring photo-excited electrons via a linker molecule, 4-aminobenzoic acid (pABA). The pABA linker molecule transfers charge from the Ag surface to a semiconductor and a catalyst performing the water splitting. The pABA can bind in different ways onto the Ag-surface and the aim of this study is to examine which bond is strongest and which best enables charge transfer. To this purpose three systems where simulated quantum mechanically using a supercomputer. The total free energy of the systems was computed and compared. Out of the three studied binding sites, the hollow-site bond (pABA binding to three silver atoms) was found to have the lowest energy, meaningit's the strongest of the possible bonds. Additionally it was found that the band gap (the energy needed to transfer charge) for the pABA decreased when bound to the Ag-surface. The hollow-site bound pABA also had the smallest band gap, meaning it requires the least energy to transfer a charge and should therefore be the best bond fitted for the photo catalytic system. / Artificiell fotosyntes används för att absorbera solenergi och förvara den i formen av kemiska bindningar. Systemet som används i denna studie gör detta genom att splittra vatten till vätgas och syrgas genom en plasmon assisterad process. Detta är ett förnyelsebart sätt att förvara energi och kan användas som ett alternativ till fossila bränslen. I denna studie studeras en liten del utav detta fotokatalytiska system nämligen interaktionen där plasmonaktiva silvernanopartiklar (Ag NPs) överför foto-exciterade elektroner genom molekyllänken 4-aminobensoesyra (pABA). Molekyllänken pABA överför laddning från silverytan till en halvledare och en katalys som utför splittringen av vattnet. pABA kan binda på olika sätt tillen silveryta och denna studie syftar till att undersöka vilken utav bindningarna som är starkast och vilken som effektivast överför laddning. För att göra detta simulerades tre system kvantmekaniskt med hjälp av en superdator, ett system för varje sorts bindning. Den totala fria energin av systemen beräknades och jämfördes. Av de tre undersökta bindningarna hadehollow-site bindningen (pABA som binder till tre silveratomer) längst energi, vilket betyder att det är den starkaste av bindningarna. Utöver detta så visade det sig att bandgapet (energin som krävs för att överföra laddning) minskade för pABA när den var bunden till Ag-ytan. Hollow-site bundet pABA hade även minst bandgap, vilket betyder att den kräver minst energi för att överföra laddning och är därmed den mest effektiva bindningen för det fotokatalytiska systemet.

Organic solar cells (OSCs) based on non-fullerene acceptors (NFAs) have attracted a great deal of attention in recent years due to their rapidly increasing efficiency and enormous potential. In this work, the optical and electronic properties of systems containing the very promising non-fullerene acceptor PYT have been thoroughly studied with the use of the density functional theory (DFT) and the time-dependent density functional theory (TDDFT). By changing the electron linker from thiophene to furan and selenophene, respectively, the PYT was divided into three variants, each of which was studied independently. In addition, these three systems were combined with the donor PBDB-T to generate two distinct interface conformations. The properties studied in this work include the optimized geometries, HOMO-LUMO levels, UV-Vis spectra, frontier molecular orbitals (FMOs), natural transition orbitals (NTOs), density of states (DOS), dipole moments, open-circuit voltages, exciton binding energies, and local exciton (LE) and charge transfer (CT) energies. The calculations were performed in chlorobenzene solution utilizing the polarizable continuum model (PCM). It was discovered that PBDB-T/PY-Se exhibited remarkable flatness employing the π-π stacking conformation which corresponds well with the excellent D/A compatibility observed experimentally. All interfaces displayed appropriate positioning of the HOMO-LUMO levels, with the acceptor dominating the LUMO and the donor dominating the HOMO, with HOMO-LUMO gaps ranging between 1.34 and 1.38 eV. The differences in the interchanging of the electron linker were not that significant, and neither was the change in interface conformation in terms of the HOMO-LUMO levels. This may indicate that the system can be effective even without the presence of a π-π stacking conformation. The first excited states for all interface systems were shown to be pure CT transitions, and on average, 80% of the states exhibit CT character. The remaining contributions consisted of transitions within the pure materials, with a larger contribution within the acceptor. The theoretical results of this study indicate that systems containing the novel polymer acceptor PYT and its variants PY-O and PY-Se exhibit very intriguing properties, and further development of OSCs containing these polymers might further aid in the development of high-performance OSCs. / Organiska solceller (OSC) baserade på icke-fullerenacceptorer (NFA) har väckt stor uppmärksamhet de senaste åren på grund av dess snabbt ökande effektivitet och enorma potential. I detta arbete har de optiska och elektroniska egenskaperna hos system innehållande den mycket lovande icke-fullerenacceptorn PYT studerats grundligt med användning av täthetsfunktionalteorin (DFT) och den tidsberoende täthetsfunktionalteorin (TDDFT). Genom att ändra elektronförbindelsen från tiofen till furan respektive selenofen så delades PYT upp i tre varianter som var och en studerades oberoende av varandra. Dessutom kombinerades dessa tre system med donatorn PBDB-T för att generera två distinkta gränssnittskonformationer. Egenskaperna som studeras i detta arbete inkluderar optimerade geometrier, HOMO-LUMO-nivåer, UV-vis spektra, gränsmolekylära orbitaler (FMO), naturliga övergångsorbitaler (NTO), tillståndstäthet (DOS), dipolmoment, tomgångsspänning, excitonbindningsenergi samt lokal exciton (LE) och laddningsöverförings (CT) energier. Beräkningarna utfördes i klorbensenlösning med användning av den polariserbara kontinuummodellen (PCM). I resultatet uppvisade PBDB-T/PY-Se en anmärkningsvärd planhet med användning av π-π staplingskonformationen som överensstämmer väl med den utmärkta D/A-kompatibiliteten som observerats experimentellt. Alla gränssnitt visade lämplig positionering av HOMO-LUMO-nivåerna, med acceptorn som dominerade LUMO och donatorn som dominerade HOMO, med HOMO-LUMO-gap mellan 1.34 och 1.38 eV. Skillnaderna i utbytet av elektronförbindelsen visade sig inte vara signifikanta och inte heller skillnaden i gränssnittskonformation när det gäller HOMO-LUMO-nivåerna. Detta kan indikera att systemet kan vara effektivt även utan förekomst av π-π staplingskonformation. De första exciterade tillstånden för alla gränssnittssystem visade sig vara rena CT-övergångar och i genomsnitt uppvisade 80% av tillstånden CT-karaktär. Resterande andel bestod av övergångar inom de rena materialen med en större andel inom acceptorn. De teoretiska resultaten av denna studie indikerar att system innehållande den nya polymeracceptorn PYT och dess varianter PY-O och PY-Se uppvisar mycket spännande egenskaper samt att vidareutveckling av OSC:er som innehåller dessa polymerer ytterligare kan hjälpa till i utvecklingen av högpresterande OSC:er.