臺灣博碩士論文加值系統

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。

摘 要 I
誌 謝 II
表目錄 V
圖目錄 VI
參數定義 VIII
第一章 緒論 - 1 -
1.1 前言 - 1 -
1.2 染料敏化太陽電池簡介 - 2 -
1.3 文獻回顧 - 4 -
1.4 研究目的與方法 - 8 -
第二章 染料敏化太陽電池微觀與巨觀理論模式 - 10 -
2.1 基本光電化學 - 10 -
2.2 分子動力學模擬 - 12 -
2.3勢能函數(Potential Functions) - 13 -
2.3.1鍵結(Bond) - 15 -
2.3.2 鍵結夾角(Angle) - 16 -
2.3.3 雙面角(Dihedral Angle) - 17 -
2.3.4倒轉角(Inversion Angle) - 18 -
2.3.5 凡得瓦力(Van Der Waals Force) - 19 -
2.3.6 庫倫靜電力(Coulomb Electrostatic Force) - 20 -
2.4 週期性邊界條件(Periodic Boundary Conditions) - 23 -
2.5 奈米尺度電場影響 - 25 -
2.6 運動方程式與數值方法 - 26 -
2.7巨觀質傳數學模式 - 28 -
2.8 性能模擬與參數分析 - 31 -
第三章 系統模型建構與模擬方法 - 34 -
3.1 模擬流程 - 34 -
3.2模擬模型建立 - 35 -
3.3 分子動力學模擬 - 37 -
3.4 平均平方位移（Mean Square Displacement） - 44 -
3.5 徑向分佈函數（Radial Distribution Function） - 45 -
3.6 擴散係數（Diffusion coefficient） - 46 -
3.7 離子電導性（Ionic Conductivity） - 47 -
3.8 巨觀質傳與性能計算 - 48 -
第四章 模擬結果與討論 - 51 -
4.1 系統平衡狀態 - 51 -
4.2 平均平方位移 - 56 -
4.3 徑向分佈函數 - 59 -
4.4 擴散係數 - 62 -
4.5 離子導電率 - 66 -
4.6 巨觀質傳計算與性能設計 - 70 -
第五章 結論與未來工作建議 - 79 -
5.1結論 - 79 -
5.2 未來工作建議 - 80 -
參考文獻 - 83 -

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