von Elliot Brim ; Konstantin Kimon Rücker ; Dereje Hailu Taffa ; Darius W. Hayes ; Omeshwari Bisen ; Shaun Alia ; Marcel Risch ; Jullian Lorenz ; Corinna Harms ; Michael Wark ; Ryan M. Richards
von Jean-Pierre Glauber ; Julian Lorenz ; Ji Liu ; Marietta Seifert ; Volker Hoffmann ; Carlos Abad ; Detlef Rogalla ; Lars Giebeler ; Corinna Harms ; Michael Wark ; Michael Nolan ; Anjana Devi
This thesis presents a theoretical and numerical study of charge transport, interfacial kinetics, and loss mechanisms in dye-sensitized solar cell (DSSC) photoanodes characterized by scanning electrochemical microscopy (SECM). A finite-element model was developed in COMSOL Multiphysics to simulate coupled reaction-transport processes in mesoporous photoanodes, including effects of porosity, film thickness, and light absorption. The model describes dye regeneration, recombination, and mediator transport, and explains key factors controlling performance. Simulations agree well with experimental SECM approach curves and show that recombination at the ZnO/electrolyte interface is the main loss. Mass transport is also a limiting factor in SECM measurements. The model was applied to steady-state and transient SECM data using cobalt-based mediators and DN216/D358 dyes. The effects of additives, lithium ions and 4-tert-butylpyridine, on reducing losses were quantified. They improve transport, suppress recombination, and increase electron lifetimes. This work provides a detailed finite-element framework that captures SECM behavior for photoanodes with varying thickness, dye loading, and transport coefficients, advancing beyond previous models.
Diese Arbeit stellt einen theoretischen und numerischen Ansatz zur Untersuchung von Ladungstransport, Grenzflächenkinetik und Verlustmechanismen in Photoanoden von farbstoffsensibilisierten Solarzellen (DSSC) vor, die mittels Rasterelektrochemischer Mikroskopie (SECM) charakterisiert wurden. In COMSOL Multiphysics wurde ein Finite-Elemente-Modell entwickelt, um gekoppelte Reaktions- und Transportprozesse in mesoporösen DSSC-Photoanoden zu simulieren. Dabei wurden Strukturparameter wie Porosität, Schichtdicke und Lichtabsorption berücksichtigt. Das Modell beschreibt Farbstoffregeneration, Rekombination und Mediator-Transport und erklärt zentrale Faktoren der Photoanoden-Leistung. Die Simulationen stimmen gut mit experimentellen SECM-Ansatzkurven überein und zeigen Rekombination an der ZnO/Elektrolyt-Grenzfläche als Hauptverlust. Auch Massentransport begrenzt die SECM-Messungen. Das Modell wurde auf stationäre und transiente SECM-Experimente mit Cobalt-Mediatoren sowie den Farbstoffen DN216/D358 angewendet. Der Einfluss von Additiven, Lithiumionen und 4-tert-Butylpyridin, auf die Verlustunterdrückung wurde quantifiziert. Sie verbessern den Transport, hemmen Rekombination und verlängern Elektronenlebensdauern. Damit liefert diese Arbeit ein detailliertes Modellierungsverfahren für DSSC-Photoanoden mit unterschiedlicher Dicke, Farbstoffbeladung und Transportkoeffizienten.
von Julia G. Buschermöhle ; Julia Müller-Hülstede ; Henrike Schmies ; Dana Schonvogel ; Tanja Zierdt ; Rene Lucka ; Franz Renz ; Peter Wagner ; Michael Wark
von Elliot Brim ; Darius Hayes ; Konstantin Kimone Rücker ; Dereje Hailu Taffa ; Omeshwari Bisen ; Marcel Risch ; Shaun Alia ; Julian Lorenz ; Corinna Harms ; Michael Wark ; Ryan M. Richards
von Konstantin K. Rücker ; Dereje Hailu Taffa ; Omeshwari Bisen ; Marcel Risch ; Darius Hayes ; Elliot Brim ; Ryan M. Richards ; Corinna Harms ; Michael Wark ; Julian Lorenz
von Darius W. Hayes ; Elliot Brim ; Konstantin Rücker ; Dereje Hailu Taffa ; Omeshwari Bisen ; Marcel Risch ; Shaun M. Alia ; Jullian Lorenz ; Corinna Harms ; Michael Wark ; Ryan M. Richards
