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研究生:李姿慧
研究生(外文):Tzu-Hui Lee
論文名稱:染料敏化太陽能電池電解液與對電極之研究
論文名稱(外文):Study of Electrolyte and Counter Electrode in Dye-Sensitized Solar Cell
指導教授:段葉芳段葉芳引用關係
口試委員:林岩鍚楊勝俊
口試日期:2009-06-19
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:化學工程研究所
學門:工程學門
學類:化學工程學類
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:76
中文關鍵詞:染料敏化太陽能電池對電極高分子膠態電解液
外文關鍵詞:Dye-sensitized solar cellcounter-electrodepolymer-electrolyte
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本研究我們對電池的電解液部份及對電極部份進行改良。液態電解質有難封裝、容易揮發的問題。研究中的第一部份在液態電解液中加入高分子PEO,期望能改善液態電解液封裝上的困難,同時我們對膠態電解液加入奈米粒子及小分子寡聚物,期望能提高電池的開路電壓以及增加短路電流值,並提升其長期使用穩定性。第二部份我們使用導電高分子膜做為對電極的使用,探討PEDOT高分子及其掺雜衍生物在同樣鍍膜條件下對其電池效率的影響。我們期望使用簡單的製程及便宜的藥品作出適合大面積工業化製造的染料敏化太陽能電池。
在本實驗中我們分別對不同比例製作出來的膠態電解液進行電池效率量測,對添加不同NanoParticle的電解液進行交流阻抗測試,而對於製作出來的導電高分子對電極進行紅外線光譜儀、掃瞄式電子顯微鏡及循環伏安法的測試及白光干涉儀量測…等來鑑定其薄膜的電化學、光學、化學性質,接著將電池與不同對電極封裝的效率測試。結果證明電池在使用膠態電解液下,效率值可由NP及Oligomer的添加達到改善;在對電極部份,結果證明實驗所使用的高分子對電極和昂貴的鉑電極同樣具有氧化還原電解質的能力,並與使用鉑電極之電池效率相去不遠。
In this paper, we improve two parts of DSSC, one is electrolyte, and the other is counter electrode. A general experience is that liquid electrolyte will cause difficulty in packaging DSSC for long-term use. In the first part in this study, we introduce PEO into liquid electrolyte, for helping slow down the evaporation velocity of liquid electrolyte, and then we add Oligomer and Nano-particle for improving the electron transfer, and we can improve the efficiency of DSSC. The second part we are supposed to use conducting polymer to replace Pt counter electrode. We investigate what PEDOT and its derivatives influence the on efficiency of DSSC.
We test different polymer-electrolyte by I-V curve, and electrolyte are tested at different nano–particle concentrations by EIS, we exam all the conducting polymer with cyclic voltammetry,White Light Interferometers,FT-IR and SEM, in order to identify the property of electrochemistry、chemistry and surface profile of these polymer. Finally, we find out that the efficiency is improved by adding Oligomer and nano-particle; for the other part of this paper, we can find that polymer-electrode not only have the same redox ability with electrolyte, but have the similar efficiency with Pt electrode.
摘 要 i
Abstract ii
誌 謝 iv
目 錄 v
表目錄 viii
圖目錄 ix
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 太陽能電池之簡介 2
1.3 研究動機 10
第二章 文獻回顧 11
2.1 染料敏化太陽能電池簡介 11
2.2 染料敏化太陽能電池結構 12
2.3 交流阻抗分析原理 14
2.4 工作電極 17
2.4.1 二氧化鈦簡介 17
2.5 電解液 18
2.5.1 液態電解液 20
2.5.2 膠態電解液 22
2.5.3 PEO高分子 24
2.5.4 Nanoparticles 25
2.5.5 PEGDME 26
2.6 對電極 26
2.6.1 導電性高分子 30
2.6.2 PEDOT高分子簡介 31
2.6.3 PEDOT的聚合行為與光電行為 32
2.6.4 PEDOT的掺雜 33
第三章 實驗設備和方法 34
3.1實驗藥品 34
3.2儀器設備 35
3.2.1 高溫爐 35
3.2.2 膜厚測量儀 35
3.2.3 白光干涉儀 35
3.2.4 旋轉塗佈機 35
3.2.5 Ion-Sputter(離子型濺鍍機) 36
3.2.6 原位傅立葉散射—反射紅外光譜(DRIFTs)分析 36
3.2.7 SEM(掃描式電子顯微鏡) 37
3.2.8 CV電化學分析儀 38
3.2.9 四點探針導電度儀(Four Point Probe) 38
3.2.10 I-V Curve光電效率轉換 39
3.2.11 EIS交流阻抗分析 39
3.3 實驗流程圖 40
3.4工作電極之製備 41
3.4.1 玻璃之清洗 41
3.4.2 二氧化鈦電極製備 41
3.5 電解液之製備 42
3.5-1 液態電解液之配製 42
3.5-2 膠態電解液之配製 42
3.6 對電極之製備 43
3.6.1 白金電極之製備 43
3.6.2 導電高分子對電極之製備 43
3.7 薄膜性質測試 45
3.7.1 薄膜表面型貌量測 45
3.7.2 化學性質測定 45
3.7.3 高分子對電極性質測定 45
3.7.4 薄膜電阻測定 45
3.8 元件組裝檢測 46
3.8.1 I-V Curve光電轉換效率檢測 46
3.8.2 EIS交流阻抗檢測 46
第四章 結果與討論 48
4.1 高分子對電極特性分析 48
4.1.1 PEDOT、PEDOT-PSS及PEDOT-TsNa高分子之線性伏安法 48
4.1.2 PEDOT、PEDOT-PSS及PEDOT-TsNa高分子的化性檢測 50
4.2 高分子對電極表面型貌 51
4.2.1 PEDOT 薄膜表面型貌 51
4.2.2 PEDOT-PSS高分子的表面型貌 51
4.2.3 PEDOT-TsNa高分子的表面型貌 52
4.3 高分子對電極的高度及表面形貌量測 53
4.3.1 PEDOT薄膜高度及表面量測 53
4.3.2 PEDOT-PSS薄膜高度及表面形貌量測 54
4.3.3 PEDOT-TsNa薄膜高度及表面形貌量測 55
4.4 高分子對電極在電解液中的電化學性質 56
4.5 元件組裝之測試 57
4.5.1 交流阻抗分析染料敏化太陽能電池 57
4.5.2 I-V Curve光電轉換效率 62
4.5.3 不同對電極之系統 67
第五章 結果與討論 71
5.1 結論與建議 71
文獻參考 73
附 錄 76
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