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研究生:洪典裕
研究生(外文):HUNG TIEN YU
論文名稱:垂直方向二氧化鈦微米柱陣列電極應用於染料敏化太陽能電池之研究
論文名稱(外文):Applications of Vertically Oriented TiO2 Micro-Pillars Array on the Electrode of Dye-Sensitized Solar Cell
指導教授:閔庭輝
學位類別:碩士
校院名稱:國立虎尾科技大學
系所名稱:光電與材料科技研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:72
中文關鍵詞:二氧化鈦染料敏化太陽能電池微米柱
外文關鍵詞:TiO2Dye-sensitized solar cellsMicro-pillars
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本研究主要目的為探討垂直方向的二氧化鈦微米柱應用於染料敏化太陽能電池上,並提出一低製備成本且具有高產率、均一性的二氧化鈦微米柱的製作方法。
在電極的製作方面,先利用射頻磁控濺鍍法在ITO 玻璃上成長出厚度約為2微米的二氧化鈦薄膜,並利用黃光微影製程的方法,將所需要的電極圖案轉印至薄膜光阻上,接著利用感應偶合式電漿蝕刻系統,以CF4作為蝕刻氣體,乾式蝕刻形成柱高約為0.8 微米二氧化鈦柱狀電極。垂直直立的二氧化鈦微米柱電極應用於染料敏化太陽能電池上,藉由染料的吸附作為光敏化劑,以增加吸收光的波段與光的能量,二氧化鈦之微米柱狀電極在吸附N3染料後,發現的確可對工作電極產生更佳的光催化作用。完成的電極在去做XRD、SEM、UV吸收光譜、接觸角等量測,探討薄膜電極的特性。本研究使用的對電極是利用蒸鍍法製出的奈米白金電極,具有使電解質發生還原反應的催化效果。當二氧化鈦微米柱經染料敏化後之工作電極,和對電極均完成後,在兩電極間注入電解液並完成封裝就完成了染料敏化太陽能電池的製作。最後再對完成的太陽能電池在陽光的照射下進行性能測試。掃描式電子顯微鏡(SEM)觀察乾蝕刻後柱狀電極的表面型態,以探討二氧化鈦薄膜電極表面型態的改變對染料敏化太陽能電池的影響。
In this thesis, the main purpose of this research is to discuss the applications of vertically oriented TiO2 micro-pillars on the electrode of dye-sensitized solar cell, and propose a method of prepare the TiO2 micro-pillars with low cost, high yield rate, and uniform.
In making the electrodes, the experiment method of this dissertation first uses RF reactive magnetron sputtering to growth TiO2 thin film with thickness of 2 microns on ITO glass, then use photolithography to copy to needed electrode image onto the thin film photoresist, then use ICP-Etcher system, and the CH4 as the dry etching gas is forming pillar electrodes of 0.8 microns on TiO2 film. Applications of vertically oriented TiO2 micro-pillars on the electrode of dye-sensitized solar cell, the dye as sensitizers is absorbed on completed working electrodes, increases the adsorption spectrum wave band and energy. After the N3 dye absorbing, the electrode of TiO2 micro-pillars is found with better photochemical catalysis. The completed working electrodes is measured by XRD, SEM, UV light absorption, and contact angle, discuss the membrane electrode characteristic. The Pt counter electrode was deposited on ITO glass by electron beam evaporation. The Pt electrode could increase catalysis redox from electrolyte. TiO2 micro-pillars electrode with dye is sealed on three sides of Pt electrodes with membrane of macromolecule, leaving one side open to fill with electrolytes, then fill the mixed electrolyte solution between the two electrodes, then use UV adhesive to complete the production of the dye-sensitized solar cell. Finally the completed dye-sensitized solar cell is placed on the solar simulator to measure and to calculate power and efficiency. After dry etching, the SEM shows that the TiO2 micro-pillars electrodes surface morphology, and discuss the influence of dye-sensitized solar cell to change the surface morphology.
中文摘要 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••i
英文摘要 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••ii
致謝 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••iii
目錄 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••iv
表目錄 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••vii
圖目錄 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••viii
第一章 序論 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••1
1-1 前言 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••1
1-2 染料敏化太陽能電池簡介 ••••••••••••••••••••••••••••••2
1-3 太陽能電池效能的定義 ••••••••••••••••••••••••••••••••3
1-4 研究動機 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••6
第二章 理論原理與文獻回顧 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••7
2-1 二氧化鈦簡介 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••7
2-2 二氧化鈦與光觸媒 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••9
2-3 染料敏化太陽能電池 •••••••••••••••••••••••••••••••••11
2-3-1 染料敏化太陽能電池的發展 •••••••••••••••••••••••••11
2-3-2 染料敏化太陽能電池的結構與原理 •••••••••••••••••••14
2-3-3 染料敏化太陽能電池的效率影響因素 •••••••••••••••••18
2-4 黃光微影技術 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••23
2-5 蝕刻技術 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••24
2-6 電漿原理 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••25
2-7 電漿蝕刻 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••26
2-8 太陽能電池電流-電壓輸出特性 ••••••••••••••••••••••••28
第三章 實驗步驟與設備 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••31
3-1 實驗流程 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••31
3-2 實驗藥品與儀器設備 •••••••••••••••••••••••••••••••••32
3-2-1 實驗藥品 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••32
3-2-2 儀器設備 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••33
3-3 染料敏化太陽能電池電極的製備 •••••••••••••••••••••••39
3-3-1二氧化鈦薄膜的製備 ••••••••••••••••••••••••••••••••39
3-3-2 背電極的製備 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••44
3-3-3 染料與電解質的製備 •••••••••••••••••••••••••••••••44
3-3-4 染料吸附 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••44
3-3-5 元件的封裝 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••45
3-3-6 效率量測 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••46
第四章 結果與討論 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••47
4-1 TiO2薄膜電極特性分析 •••••••••••••••••••••••••••••••47
4-1-1 TiO2薄膜的穿透率分析 •••••••••••••••••••••••••••••47
4-1-2 TiO2薄膜與水之接觸角分析 •••••••••••••••••••••••••48
4-1-3 TiO2薄膜XRD分析 •••••••••••••••••••••••••••••••••51
4-2 TiO2柱狀薄膜電極特性分析 •••••••••••••••••••••••••••52
4-2-1 TiO2柱狀薄膜的穿透率分析 •••••••••••••••••••••••••52
4-2-2 TiO2柱狀薄膜與水之接觸角分析 •••••••••••••••••••••53
4-2-3 TiO2柱狀薄膜XRD分析 •••••••••••••••••••••••••••••54
4-3 TiO2薄膜電極SEM分析 •••••••••••••••••••••••••••••55
4-4 TiO2薄膜電極吸收光譜分析 ••••••••••••••••••••••••••56
4-5 電池元件的效率分析 •••••••••••••••••••••••••••••••••59
第五章 結論 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••63
參考文獻 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••64
附錄 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••68
Extended Abstract •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••68
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[34] 李承豐, “二氧化鈦微米柱染料敏化太陽能電池與其應用之研究” 國立虎尾科技大學光電與材料科技研究所碩士論文,2008.
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