عنوان : شبیه سازی دینامیک مولکولی  چسبندگی مواد آلی به نانو ساختارها در سلولهای خورشیدی

 

 

 

 

 

 

دانشگاه صنعتی امیركبیر

 

 

(پلی تكنیك تهران)

 

 

دانشكده فیزیك و مهندسی هسته ای

 

 

                                             پیشنهاد رسالة دكتری

 

 

شبیه سازی دینامیک مولکولی  چسبندگی مواد آلی به نانو ساختارها در سلولهای خورشیدی

 

 

                                                                    

 

 

استاد راهنما:

 

 

دكتر كاووس میرعباس زاده

 

 

اردیبهشت

 

 

1390

 

 

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

 

 

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

 

 

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

 

 

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

 

 

چكیده

 

 

با توجه به مشكلات انرژیهای فسیلی از جمله آلودگی،گرمایش زمین و تجدید ناپذیر بودن این منابع، یافتن منابع جدید انرژی بسیار مهم است.ازجمله این منابع انرژی خورشیدی است، اما سلولهای خورشیدی بر پایه سیلیکون در مقایسه با سوختهای فسیلی قابل رقابت نیست.  در این حوزه فناوری جدیدی برای ساخت سلولهای خورشیدی نسل جدید که شامل استفاده از مواد آلی در حال شكل گیری است که هزینه های تولید را بسیار کاهش می دهد.این فناوری دارای مشكلاتی است از جمله:

 

 

 

• دست یابی به مواد جدید با گاف انرژی زیرev2

 

 

• قیمت بالای مواد آلی بکار رفته

 

 

• پایین بودن طول عمر.

 

 

با بوجود آمدن نانو تكنولوژی امید بسیار زیادی برای حل این مشكلات بوجود آمده است.هدف اصلی این پایان نامه استفاده از شبیه سازی برای محاسبه چسبندگی در سلولهای خورشیدی آلی در معماری نا همگون حجمی می باشد که در آن از نانو ساختارها شامل نانو لوله-نانو سیم و فلورئن  به همراه پلیمرها یا مولکولهای  مزدوج  به عنوان ماده فعال استفاده می شود. افزایش چسبندگی ماده آلی روی نانو ساختارها  سهم عمده ای در افزایش طول عمرسلول و بازده آن دارد.برای محاسبه چسبندگی دو ابزار مهم محاسباتی وجود دارد،دینامک مولکولی(MD)و نظریه تابعی چگالی(DFT).

 

 

در این پایان نامه با کمک این ابزارها چسبندگی مواد آلی جدید با گاف کم و پلیمرهای متداول در سلول خورشیدی شامل  P3HT,MEH-PPV, PFB,MDMO-PPV   را به دور نانو مواد مختلف شبیه سازی شده و کمیتهای مختلفی از جمله انرژی چسبش،سطح چسبش،اثرات دما بر چسبش،توابع توزیع شعاعی(RDF) محاسبه می شود.

 

 

  

 

 

فصل 1 معرفی سلولهای خورشیدی.. 1

 

 

1-1 منابع انرژی.. 1

 

 

1-2  سلول‌های فتوولتایی.. 2

 

 

1-3 انواع مواد در سلولهای آلی.. 3

 

 

1-4 انواع معماری سلول‌های فتوولتایی آلی.. 5

 

 

1-4-1 معماری تك‌لایه. 5

 

 

1-4-2  معماری دولایه‌ی.. 6

 

 

1-4-3  معماری ناهمگون حجمی.. 6

 

 

1-4-4 معماری چندپشته. 7

 

 

1-5 كاربرد نانو مواد در سلولهای آلی.. 8

 

 

فصل 2 دینامیك مولكولی.. 11

 

 

 

2- 1شبیه سازی مولكولی.. 11

 

 

2-2 روش دینامیك مولكولی.. 13

 

 

2-3  اصول دینامیك مولكولی.. 14

 

 

2-4 شعاع قطع(Cut Off) 16

 

 

2-5 روش مجموع ایوالد (Ewald summation method) 18

 

 

2-6 اندازه‌گیری كمیتها در MD.. 18

 

 

2-7  مسیرها 19

 

 

2-8 نیروها 19

 

 

2-9 خواص استاتیك.. 23

 

 

2-10 خواص دینامیكی.. 24

 

 

2-11 کاربردها 26

 

 

2-12 محدودیت‌های MD.. 26

 

 

2-13  كدهای MD.. 26

 

 

فصل 3 شبیه سازی كوانتومی.. 28

 

 

3-1 آشنایی با محاسبات كوانتومی.. 28

 

 

3-2 روش هارتری.. 28

 

 

3-3  روش هارتری-فوك.. 30

 

 

3- 4 روشهای اختلال. 31

 

 

3-5 روشهای تابعی چگالی(DFT) 31

 

 

فصل 4 شبیه سازیها 34

 

 

1- محاسبه خواص ترمودینامیکی و ساختاری پلیمرها ومولكولهای سلولهای آلی خورشیدی.. 34

 

 

2- محاسبه خواص ترموینامیکی و ساختاری نانو لولهای كربنی و سایر نانو مواد. 36

 

 

3- محاسبه چسبش پلیمرها به دور نانو لولهای كربنی و سایر نانو مواد. 37

 

 

4-شبیه سازی جذب پلیمرها و نانو مواد به روی فلزات. 39

 

 

فصل 5 نوآوریها 40

 

 

فصل 1 سلولهای خورشیدی

 

 

اهداف فصل:اهمیت انرژی خورشیدی-انواع سلولهای خورشیدی-مواد آلی سلولهای خورشیدی-انواع سلولهای آلی-مشكلات سلولهای آلی-كاربرد نانو مواد در سلولهای آلی

 

 

1-1 منابع انرژی

 

 

امروزه یكی از مهمترین مشكلات بشر، مشكل انرژی است.مهمترین منابع انرژی امروزی،انرژی فسیلی از جمله نفت و گاز است. این منابع دارای مشكلاتی است از جمله تجدید ناپذیری ،آلودگی و گرمایش زمین . نمودار رشد منابع اولیه‌ی انرژی كل جهان(TPES)  از سال 1850 تا 2100 میلادی را در شكل 1-1 نشان داده شده.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شكل1-1رشد TPESجهان از سال 1850 تا 2100.]1[

 

مقدار TPES در سال 2004 میلادی در حدود 470 اتاژول بوده كه معادل 11.2 میلیارد تن نفت خام یا نزدیك به 80 میلیارد بشكه نفت خام می‌باشد. پیش‌بینی رشد TPES بسته به میزان رشد جمعیت و افزایش سطح رفاه در كل جهان بین 1.5 تا 2 درصد در سال است.قدرت آینده در دست كشورهای است كه به منابع جدید انرژی دسترسی داشته باشند.انرژی الکتریکی یکی از مهم ترین منابع انرژی است.برای تولید این انرژی روشهای مختلفی وجود دارد.امروزه یکی از ارزان ترین روشها استفاده از  سلولهای خورشیدی برای تولید این انرژی است. در جدول 1-1 سهم هر یك روشهای تولید برق در سال 2010 در آمریکا نشان داده شده.