基于第一性原理的继承性多尺度染料敏化太阳能电池数值模拟及染料设计

项目名称： 基于第一性原理的继承性多尺度染料敏化太阳能电池数值模拟及染料设计

项目编号： No.91333116

项目类型： 重大研究计划

立项/批准年度： 2014

项目学科： 一般工业技术

项目作者： 邓伟侨

作者单位： 中国科学院大连化学物理研究所

项目金额： 91万元

中文摘要： 在下一代太阳能电池中，染料敏化太阳能电池因为转化效率高、价格低廉而具有强有力的竞争力。本项目拟对染料敏化太阳能电池的基本过程展开系统深入的研究，发展出一套基于第一性原理、继承性多尺度染料敏化太阳能电池的数值模拟模型。该模型可以对染料敏化太阳能电池由微观过程到宏观过程进行全局模拟，定量化地预测电池的各个基本过程的化学和物理参数，详细地描述各种微观、介观结构比如染料分子结构、纳米结构对电池光电转化效率的影响。该模型的成功建立使我们不需要任何实验，仅依靠染料分子的结构就能预测出以该染料分子做成电池的理想光电转化效率。利用这一理论模型，我们将对所设计的染料分子库进行模拟与筛选，从上千种染料设计中挑选出性能优秀的，然后在实验上合成并表征其光电转化效率。通过本项目的研究，将发挥光电材料的理论与模拟的引领作用，揭示出染料敏化太阳能电池高效光-电转换的本质，并开发出具有革新意义的新材料体系。

中文关键词： 染料敏化太阳能电池；计算机模拟；继承性多尺度模型；光电转换效率；

英文摘要： In the next generation of solar cell, dye-sensitized solar cell(DSSC) is an attractive candidate because of its high conversion efficiency and economic cost. In this project, we propose to develop a first-principle based inherited multiscale theoretical model after deeply investigating the fundamental processes in DSSC. This model can simulate a DSSC at microscopic,mesoscopic and macroscopic levels and predict the chemical and physical parameters of each fundamental process in DSSC. The effect on photoelectric conversion efficiency influenced by various microscopic and mesoscopic structures in DSSC can be described. With this model, we can predict the quantum conversion efficiency of a DSSC only by giving the dye structure before any experiments. Applying this theoretical model, we will screen the database of designed dyes, select those with super properties from thousands candidates, and measure conversion efficiency of synthesized ones. This project will show the guidance of theory and simulation in optoelectronic materials, discover the mechanism of solar-electricity conversion and develop new materials system with breakthrough properties.

英文关键词： dye sensitized solar cell；computational simulation；inherited multiscale modelling；photoelectric conversion；