臺灣博碩士論文加值系統

在本論文中，我們製備具有一維結構的二氧化鈦奈米棒(TiO2 nanorod, NR)和零維結構的二氧化鈦奈米粒(TiO2 nanoparticle, NP)，並將他們應用到染料敏化太陽能電池上(DSSC)。藉由雙界面活性劑的系統搭配溶膠－凝膠法和水熱法，我們可以合成出不同長度二氧化鈦奈米棒結構。再利用溶膠-凝膠溫度和時間、EDA濃度、界面活性劑濃度、水熱時間、水熱溫度等不同的合成參數，搭配掃描式電子顯微鏡的結果來討論二氧化鈦奈米棒的生成機制。我們將大小約20 nm的二氧化鈦奈米粒子與長度150±30 nm半徑30±10nm的二氧化鈦奈米棒進行DSSC的效率測試。在奈米棒中混摻兩種比例的奈米粒，分別為1NP+2NR (P1R2)和2NP+1NR (P2R1)在最佳化厚度時，NP元件的光電轉換效率η = 8.17 %，P2R1為η = 8.64 %，P1R2為η = 8.95 %，NR為η = 8.85 %。另外，我們發現將奈米棒的長度縮小，也會增加染料吸附量，故在TiO2前驅物TTIP水解之前加入oleic acid可有效抑制水解和縮合的速度，使奈米棒長度變小，並針對三種不同長度(50±20 nm、150±30 nm、250±50 nm)的奈米棒和市售18-NR的短奈米棒做元件效率的比較。而在動力學的部分，利用IMPS/IMVS量測系統，探討了(1) NP、P2R1、P1R2與NR；(2) Long Rod、NR、Short Rod與18-NR等不同材料的電荷再結合速率和
II
電子收集速率。最後，我們提出複合層的陽極結構，將奈米粒置於陽極底部，而奈米棒堆積在上層，可有效增加光電轉換效率達10.49 %。

在本論文中，我們製備具有一維結構的二氧化鈦奈米棒(TiO2 nanorod, NR)和零維結構的二氧化鈦奈米粒(TiO2 nanoparticle, NP)，並將他們應用到染料敏化太陽能電池上(DSSC)。藉由雙界面活性劑的系統搭配溶膠－凝膠法和水熱法，我們可以合成出不同長度二氧化鈦奈米棒結構。再利用溶膠-凝膠溫度和時間、EDA濃度、界面活性劑濃度、水熱時間、水熱溫度等不同的合成參數，搭配掃描式電子顯微鏡的結果來討論二氧化鈦奈米棒的生成機制。我們將大小約20 nm的二氧化鈦奈米粒子與長度150±30 nm半徑30±10nm的二氧化鈦奈米棒進行DSSC的效率測試。在奈米棒中混摻兩種比例的奈米粒，分別為1NP+2NR (P1R2)和2NP+1NR (P2R1)在最佳化厚度時，NP元件的光電轉換效率η = 8.17 %，P2R1為η = 8.64 %，P1R2為η = 8.95 %，NR為η = 8.85 %。另外，我們發現將奈米棒的長度縮小，也會增加染料吸附量，故在TiO2前驅物TTIP水解之前加入oleic acid可有效抑制水解和縮合的速度，使奈米棒長度變小，並針對三種不同長度(50±20 nm、150±30 nm、250±50 nm)的奈米棒和市售18-NR的短奈米棒做元件效率的比較。而在動力學的部分，利用IMPS/IMVS量測系統，探討了(1) NP、P2R1、P1R2與NR；(2) Long Rod、NR、Short Rod與18-NR等不同材料的電荷再結合速率和
II
電子收集速率。最後，我們提出複合層的陽極結構，將奈米粒置於陽極底部，而奈米棒堆積在上層，可有效增加光電轉換效率達10.49 %。

中文摘要 I
英文摘要 III
誌謝 V
目錄 VII
圖目錄 IX
表目錄 XII
第一章 文獻回顧及研究目的 1
1-1 染料敏化太陽能電池發展與簡介 1
1-1-1 前言 1
1-1-2 染料敏化太陽能電池的發展回顧 4
1-1-3 染料敏化太陽能電池之工作原理及組成架構 6
1-1-4 影響DSSC光電轉化效率的因素及其最佳化條件 18
1-1-5 染料敏化太陽能電池的量測方法 23
1-2 奈米二氧化鈦於染料敏化太陽能電池上的應用 26
1-2-1 二氧化鈦奈米粒的製備與探討 27
1-2-2 一維二氧化鈦奈米棒的製備與探討 35
1-3 染料敏化太陽能電池的量測分析方法-IMVS/IMPS量測分析方法 41
1-4 研究動機與目的 43
第二章 實驗方法 44
2-1 實驗藥品及儀器 44
2-2 二氧化鈦奈米粒與奈米棒之製備 46
2-2-1 二氧化鈦奈米棒之製備方法 46
2-2-2 二氧化鈦奈米粒之製備方法 49
2-2-3 散射層之製備方法 51
2-3 陰極之製備方法 51
2-4 多孔性二氧化鈦電極之製備 52
2-4-1 TiCl4前處理 52
2-4-2 工作電極製作方法 53
2-5 電解液之製備方法 53
2-6 染料敏化太陽能電池組裝與測試 53
2-6-1 電池之組裝 53
2-6-2 染料吸附量測試 54
2-6-3 電池之量測 54
第三章 結果與討論 56
3-1 二氧化鈦奈米棒結構合成機制探討 56
3-1-1 胺鹼EDA對二氧化鈦奈米棒的影響 56
3-1-2 界面活性劑CTAB與F127對二氧化鈦奈米棒結構的影響 57
3-1-3 溶膠－凝膠溫度和時間對二氧化鈦奈米棒的影響 63
3-1-4 水熱法時間對二氧化鈦奈米棒的影響 66
3-1-5 水熱法溫度對二氧化鈦奈米棒的影響 68
3-2 應用於染敏電池的光電轉換效率與IMPS/IMVS量測分析 72
3-2-1 奈米粒、奈米棒及奈米粒奈米棒混摻結構的比較 72
3-2-2 不同長短之奈米棒的比較 89
3-2-3 複合層結構的比較 103
第四章 結論 108
附錄 110
參考文獻 112

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