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研究生:郭政宜
研究生(外文):Cheng-Yi Kuo
論文名稱:製備多孔性二氧化鈦薄膜應用於染料敏化太陽能電池之研究
論文名稱(外文):Fabrication of Porosity TiO2 Films for Dye Sensitized Solar Cells Application
指導教授:陳家富陳家富引用關係
指導教授(外文):Chia-Fu Chen
學位類別:碩士
校院名稱:明道大學
系所名稱:材料暨系統工程研究所
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:81
中文關鍵詞:旋轉塗佈法二氧化鈦溶膠-凝膠染料敏化太陽能電池
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本研究探討染料敏化太陽能電池製程中,多孔性、高比表面積之奈米二氧化鈦 (TiO2) 薄膜電極之製造技術,主要之研究項目有:(1) 製備含奈米顆粒之二氧化鈦溶液,(2) 改變奈米二氧化鈦溶液之 PH 值,(3) 添加分散劑於二氧化鈦溶液,(4) 以旋轉塗佈法製作 TiO2 薄膜電極, (5) 探討燒結薄膜製程之溫度參數,(6) 測量元件封裝後之染料敏化太陽能電池轉換效率。
我們使用不同顆粒尺寸之銳鈦礦 (Anatase) 及金紅石 (Rutile) 粉末,並調配不同之 PH 值以及加入分散劑 (Triton X100 PRS) 以得到良好之顆粒分散效果。我們以X-ray 繞射分析儀 (XRD)來分析薄膜結晶方向、掃描式電子顯微鏡 (SEM) 及比表面積分析儀 (BET) 觀察表面型態及測量表面積大小。
本研究製備之二氧化鈦染料敏化太陽能電池在AM 1.5、100 mw/cm2 標準光源量測下,最佳轉換效率為1.02%。
In this research,the fabrication technique of Titanium-Dioxide (TiO2) thin film electrode with more porous and surface area,which applied in dye-sensitized solar cell (DSSC) was investigated. The main items include (I) preparation of titanium-dioxide solution with nano TiO2 particle,(II) adjust PH value of titanium dioxide solution,(III) adjunction of dispersant (Triton X100 PRS) in titanium dioxide solution ,(IV) TiO2 thin film electrode prepared by spin coating,(V) anneal effects on TiO2 thin film,(Ⅵ) characterization of DSSC performance.
The purpose of this study were added and mixed different particle of Anatase and Rutile in titanium dioxide solution. The X-ray Diffraction (XRD) techniques were used to detect the orientation of the thin films. The Scanning Electron Microscope (SEM) and Brunauer-Emmett-Teller (BET) were used to observe the surface morphology and calculate that surface area,respectively. The TiO2 films with higher porous and surface area will enhance dye absorption for the dye-sensitized solar cell applications. In our research,the best result of DSSC with efficiency of 1.02 % are obtained under solar simulator with AM 1.5,100 mW/cm2.
中文摘要..................................................................................................Ⅰ
英文摘要..................................................................................................Ⅱ
總目錄......................................................................................................Ⅳ
圖目錄......................................................................................................Ⅷ
表目錄..................................................................................................ⅩⅡ
第一章 緒論............................................................................................1
1-1 前言.............................................................................................1
1-2 能源與環境.................................................................................2
1-3 研究動機與目的.........................................................................3
第二章 簡介..............................................................................................5
2-1 太陽能電池.................................................................................5
2-2 各種太陽能電池之原理與種類.................................................6
2-2-1 矽太陽能電池.................................................................6
2-2-1-1 單晶矽太陽能電池............................................6
2-2-1-2 多晶矽太陽能電池............................................8
2-2-1-3 非晶矽太陽能電池............................................8
2-2-2 化合物半導體太陽能電池.............................................9
2-2-3 其他太陽能電池...........................................................10
2-2-3-1 無機太陽能電池
(Zn3P2、Se、Cu2S 系為主)............................10
2-2-3-2 有機太陽能電池..............................................11
2-2-3-3 濕式太陽能電池..............................................11
2-3 二氧化鈦 (Titanium Dioxide , TiO2)..................................12
2-3-1 二氧化鈦奈米粉體製備與基本性質...........................13
2-3-2 二氧化鈦薄膜製備方法...............................................15
2-3-2-1 浸漬覆膜 (dip-coating).................................15
2-3-2-2 旋轉覆膜 (spin-coating)...............................15
2-3-2-3 噴霧覆膜 (spray-coating)..............................16
2-3-2-4 電泳覆膜 (electrophoresis)...........................16
2-3-3 奈米多孔性...................................................................16
2-4 染料光敏化劑.............................................................................19
2-5 電解質溶液.................................................................................22
2-6 水分散體.....................................................................................23
2-6-1 酸性水分散體...............................................................23
2-7 染料敏化太陽能電池.................................................................23
2-6-1 染料敏化太陽能電池結構...........................................27
第三章 實驗方法與技術........................................................................29
3-1 二氧化鈦 Sol-Gel 製程..........................................................29
3-1-1 實驗設計.......................................................................29
3-2 特性量測...................................................................................31
3-2-1 微結構觀察...................................................................31
3-2-1-1 掃描式電子顯微鏡........................................31
3-2-1-2 比表面積分析儀............................................31
3-2-1-3 X-ray 繞射法.................................................32
3-2-2 效率量測技術...............................................................33
3-2-2-1 模組 I-V 曲線..............................................33
3-2-2-2 標準試驗條件................................................35
3-2-2-3 太陽光模擬器 (Solar Simulator)..................37
3-3 二氧化鈦染料敏化太陽能電池...............................................39
3-3-1 元件組裝.......................................................................39
第四章 實驗結果與討論........................................................................41
4-1 二氧化鈦薄膜特性分析.............................................................41
4-1-1 二氧化鈦薄膜結晶相分析...........................................41
4-1-1-1 不同燒結溫度之二氧化鈦薄膜......................41
4-1-1-2 加入不同奈米結晶顆粒之二氧化鈦薄膜......42
4-1-2 比表面積分析儀 (Brunauer-Emmett-Teller - BET).....43
4-1-3 二氧化鈦薄膜微結構分析...........................................44
4-1-3-1 二氧化鈦薄膜在不同燒結溫度之微觀組織觀(PH=5)......................................................44
4-1-3-2 摻雜奈米結晶顆粒於二氧化鈦薄膜
(PH=5)..........................................................45
4-1-3-3 調整二氧化鈦溶液 PH 值製備之二氧化鈦薄膜及太陽電池元件特性分析..................47
4-1-3-4 調整二氧化鈦溶液 PH 值並加入分散劑所製備之二氧化鈦薄膜
及太陽電池特性分析..................................58
4-2 二氧化鈦染料敏化太陽能電池特性分析.................................70
4-2-1 電壓-電流輸出特性曲線 (I-V Curve).............................70
4-2-2 最佳結果...........................................................................74
第五章 結論............................................................................................76
第六章 未來展望....................................................................................77
致謝..........................................................................................................78
參考文獻..................................................................................................79
參考文獻
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