染敏太陽電池多尺度質傳模擬與發電性能設計

Multiscale Simulation of Mass Transfer and Power Design of Dye-Sensitized Solar Cells

吳聖頎(Sheng-Chi Wu)

指導教授 ： 洪哲文

國立清華大學/工學院/動力機械工程學系/碩士(2008年)

摘要

本論文針對染料敏化太陽電池(Dye-Sensitized Solar Cell, 簡稱DSSC) 微觀下奈米尺度的電解質離子傳遞現象與導電性能做模擬，以及建立巨觀下的質量傳遞數學模式，並進行濃度場及太陽電池性能之數值計算與預測。
由於染料敏化太陽電池在微觀中，內部染料電子被激發、電解質氧化還原離子擴散速率與離子本身導電性能與內部電場會對整體太陽電池發電性能有很大的影響。因此，本論文先從微觀角度來建立染料敏化太陽電池的質傳模式，並探討其本身特性。於奈米尺度下，本論文建立了染料敏化太陽電池電解質分子動力學模擬模式，利用量子力學半經驗公式(Austin Model 1)計算電解質電荷分布情形以及分子結構，再經由分子動力學理論與統計熱力學計算電解質的擴散係數與離子導電性能，並且針對不同電解質成分及不同操作環境下做分析。
再則建立染料敏化太陽電池電解質巨觀質傳模式，利用微觀角度下所計算出的電解質擴散係數與離子導電性以及質傳理論(Fick’s Law)，計算在多孔性電極結構中離子溶液質傳的情況，並在陰極的部分以有限差分法推導濃度場，根據所消耗掉的電解質計算出其導電能力與發電性能。最後，預測出不同操作狀況下的染料敏化太陽電池的發電性能(I-V)曲線與效率，並且與實驗結果相互比較。

關鍵字

染料敏化太陽電池 ； 分子動力學 ； 質傳理論 ； 性能 ； 多尺度模擬

並列摘要

無資料

並列關鍵字

DSSC ； molecular dynamic ； mass transfer ； performance ； multiscale simulation

參考文獻

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