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研究生:邱奕達
研究生(外文):Yi-Ta Chiu
論文名稱:應用實驗設計法備製染料敏化太陽能電池之二氧化鈦工作電極
論文名稱(外文):The study of titanium dioxide working electrodes for dye sensitize solar cell with experimental design methodology
指導教授:楊重光楊重光引用關係
指導教授(外文):Thomas CK Yang 楊重光
口試委員:廖朝光黃聲東
口試委員(外文):Leo Chau-Kuang 廖朝光SHENG-TUNG HUANG 黃聲東
口試日期:2012-01-18
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:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:69
中文關鍵詞:染料敏化太陽能電池實驗設計法商業用二氧化鈦網版印刷
外文關鍵詞:Dye sensitized solar cellDesign of experimentsCommercially available TiO2Screen printing
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本論文主要以使用網版印刷方式製備染料敏化太陽能電池工作電極,並比較商業用二氧化鈦(P25、P90、ST-01、ST-21)各種組合以實驗設計法來探討以何種比例配方所製備的二氧化鈦漿料能使染料敏化太陽能電池的效率最高。先以實驗設計法有效分配四種商業化二氧化鈦粉末的克數比重,再將此計算結果來配制二氧化鈦漿料,在漿料的製作過程中使用了三滾輪,迴旋濃縮法,再把製作完成的漿料測試黏度並盡量把黏度控制在誤差範圍內,再網印至玻璃基板。
不同二氧化鈦漿料所製備的工作電極,利用反射式紫外光/可見光譜儀來量測二氧化鈦薄膜的穿透度及霧度;使用紫外光/可見光吸收光譜分析(UV/vis)檢測染料吸附量;利用原位傅立葉散射-反射紅外光光譜(DRIFTs)分析可以觀察染料分子於二氧化鈦薄膜表面吸附機制;量測光電轉換效率分析(I-V curve)可以得到電池的短路電流、開環電壓、光電轉換效率等;入射單色光子-電子轉換效率(IPCE)可以量測電池原件再不同波長下的光電轉換效率;交流阻抗分析(EIS)藉此獲知電路元件中抵抗電流流動的能力。最後根據實驗設計法實驗結果進行分析以獲得最佳二氧化鈦漿料比例配方為P25:P90:ST-01:ST21=0.45:0.38:0:0.17,其效率為5.09%。


A preparation technique of TiO2 screen-printing pastes from commercially available powders (P25, P90, ST-01, ST-21) was disclosed in order to fabricate the nanocrystalline layers with different recipes of slurry which were made up of four kinds of TiO2 powder by DOE (Design of Experiment).
The TiO2 film was measured the light transmission of the prepared by using haze meter, the amount of adsorption by UV/Vis spectroscopy, the bonding between N3 dye and TiO2 surface by DRIFTs (in situ Diffuse Reflectance Infrared Fourier Transform Spectroscopy), and the photoelectric conversion efficiency by IPCE (incident monochromatic photon-to-electron conversion efficiency). Results of DOE were analyzed by the Analysis of Variance (ANOVA) technique to evaluate the weighting and the correlations between the powders. Moreover, the artificial neural network (ANN) method was employed to predict the best recipe of slurry.


摘 要 I
Abstract II
誌 謝 III
目 錄 IV
表 目 錄 VI
圖 目 錄 VII
第一章 前言 1
第二章 文獻回顧 4
2.1 DSSC之工作機制 4
2.2 二氧化鈦半導體電極 7
2.2.1 二氧化鈦的介紹 7
2.2.2 二氧化鈦的結構與特性 8
2.2.3 二氧化鈦的製備 10
2.3 二氧化鈦晶相摻混的文獻回顧 12
2.4 二氧化鈦漿料製備的文獻回顧 12
2.5 染料敏化劑 13
2.6 氧化還原電解質 17
2.7 反電極 20
2-8實驗設計法 23
第三章 實驗方法 25
3.1 實驗藥品及實驗儀器 25
3.2 染料敏化太陽能電池之製備 28
3.2.1 FTO導電玻璃之清洗 28
3.2.2 二氧化鈦漿料製備 28
3.2.3 實驗設計法於二氧化鈦比例分析 29
3.2.4 工作電極之製備 30
3.2.5 反電極之製備 31
3.2.6 電解質溶液之製備 32
3.3染料敏化太陽能電池元件的組裝與光電分析 33
3.3.1 染料敏化太陽能電池元件檢測流程 33
3.3.2電池元件的組裝 34
3.3.3紫外光/可見光吸收光譜分析(UV/Vis) 35
3.3.4 原位傅立葉散射—反射紅外光譜(DRIFTs)分析 37
3.3.5 模擬太陽光之光電轉換效率分析(I-V Curve) 38
3.3.6 入射單色光子-電子轉換效率(IPCE) 40
3.3.7 電化學阻抗分析 (Electrochemical Impedance Spectroscopy,EIS) 41
3.3.8 染料吸附量測試 47
第四章 結果與討論 48
4.1 十三種漿料分析與製備工作電極檢測 48
4.1.1 二氧化鈦漿料黏度測試 48
4.1.2反射式紫外光/可見光吸收光譜分析 49
4.1.3染料N3與各種比例二氧化鈦表面鍵結形式 51
4.1.4電壓-電流特性曲線量測(I-V Curve)之分析 53
4.1.5入射單色光子-電子轉換效率(IPCE)之分析結果 55
4.1.6電化學交流阻抗(EIS)之分析結果 57
4.2實驗設計法 61
4.2.1類神經網路分析 61
4.2.2 最佳比例I-V Curve、IPCE、EIS之分析 61
第五章 結論 65
第六章 參考文獻 66


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