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研究生:杜鴻福
研究生(外文):Hung-Fu Tu
論文名稱:可撓式染料敏化太陽能電池正電極材料製備研究
論文名稱(外文):Preparation of flexible dye-sensitized solar cells anode electrode materials
指導教授:陳志恆陳志恆引用關係
口試委員:楊奉儒廖義田鄭大偉
口試日期:2011-12-30
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:資源工程研究所
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:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:104
中文關鍵詞:染料敏化太陽能電池可撓式複合材料
外文關鍵詞:Dye-sensitized solar cellsFlexibleComposite Materials
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隨著二十一世紀到來,由於能源的短缺,綠色能源技術已成為全球性的重要課題,其中又以太陽能技術為最具潛力的綠色能源技術。由於染料敏化太陽能電池(DSSC)的低成本和相對高的轉換效率,DSSC於現今被認為是一個很好的選擇,以替代傳統矽晶太陽能電池。使用可撓式透明導電塑膠基材ITO-PET取代導電玻璃可以使DSSC擁有更低廉的成本、更輕的重量、可彎曲的特性。由於PET塑膠基材不能使用高溫處理,因此必須使用低溫程序以製備正電極的TiO2層,此表面須具有多孔性以在敏化過程中吸附染料分子。此外,對於可撓性而言,在DSSC進行彎曲時需考慮到TiO2層必需要擁有良好的機械強度。本研究中提出使用乙二醇(EG)溶劑調配TiO2糊狀物塗佈於ITO-PET上經100℃低溫熱處理24小時後,可獲得機械特性良好黏附層。再以乙醇為溶劑Sol-Gel法於此基底上披覆一層TiO2糊狀物,再經100℃低溫熱處理1小時後,可在黏附層上形成多孔TiO2層。為了增加黏附層與多孔層兩層間的接附,再施加250N外力進行碾壓。所形成新複合層擁有1.034 KΩ低電阻、每克複合層正電極可吸附0.1353g水分的多孔性、可彎曲到150°層不崩落之機械強度的複合材料。

Due to the shortage of energy, green energy technology has become an important global issues, among which the solar energy technology has the most potential.The dye-sensitized solar cell (DSSC), which has the advantages of low-cost and relatively high conversion efficiency, is considered a good alternative for traditional silicon solar cells. Instead of conductive glass, DSSC with flexible transparent conductive ITO-PET plastic substrate have the characteristics of lower cost, lighter weight and flexible features. Nevertheless, the PET plastic substrates cannot be used in the high-temperature process for the preparation of anode electrode. A low-temperature process for the preparation of the porous TiO2 layer of the anode electrode is required. The porous surface should be able to be sensitized by the absorption of dye molecules. In addition, the TiO2 layer should have good mechanical properties for flexible DSSC can be realized. In this study, it was demonstrated that using TiO2 paste with ethylene glycol (EG) as the solvent can be coated onto the ITO-PET substrate. An adhesion layer with good mechanical properties can be achieved by low-temperature heat treatment at 100 ℃ for 24 hours. Then, a porous TiO2 layer can be coated onto the adhesion layer by sol-gel method conducted at 100 ℃ for 1 hour. In order to increase the mechanic strength between adhesion layer and porous layer, a 250 N force was applied to press the surface layer. The new composite layer has low 1.034 KΩ resistance. The porous composite layer can adsorbed 0.1353g of water per gram of anode electrode. The bending angle can achieved 150o without the dislodgment of the porous layer.

中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 viii
圖目錄 ix
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.1.1 矽晶太陽能電池 1
1.1.2 薄膜太陽能電池 1
1.1.3 染料敏化太陽能電池(DSSC) 2
1.2染料敏化太陽能電池(DSSC)改進 2
1.2.1 電解質 3
1.2.2 敏化染料 3
1.2.3 反電極 3
1.2.4 二氧化鈦正電極 3
1.3研究目的… 4
第二章 文獻回顧 5
2.1染料敏化太陽能電池簡介 5
2.1.1 染料敏化太陽能電池結構 5
2.1.2 染料敏化太陽能電池工作原理 6
2.2硬式基材-導電玻璃 7
2.2.1 ITO導電玻璃 7
2.2.2 FTO導電玻璃 8
2.2.3 AZO 導電玻璃 8
2.3可撓式塑膠導電基板-ITO-PET 導電薄膜 8
2.4二氧化鈦TiO2簡介 9
2.5染料敏化太陽能電池正電極的製作 10
2.5.1 溶膠-凝膠法(Sol-Gel) 11
2.5.2 Pechini 型式的溶膠-凝膠法 12
2.5.3 水熱法(Hydrothermal) 13
2.5.4 輾壓法 15
2.5.5 複合層 16
第三章 實驗方法與流程 18
3.1實驗藥品及材料 18
3.2實驗設備 19
3.3實驗流程 20
3.4實驗步驟 26
3.4.1 TiO2糊狀物/前驅物溶劑配製 26
3.4.1.1 使用乙二醇溶劑製備TiO2糊狀物 26
3.4.1.2 使用乙醇溶劑Sol-Gel法製備TiO2糊狀物 26
3.4.1.3 使用乙二醇添加前驅物溶劑製備 27
3.4.1.4 使用乙二醇溶劑製備TiO2糊狀物(不含Citric Acid)27
3.4.2 正電極TiO2層的製備 27
3.4.3 正電極重要性質測試 28
3.4.3.1 正電極製程穩定度 28
3.4.3.2 黏附層乙二醇去除率 28
3.4.3.3 多孔層相對反應程度 29
3.4.3.4 複合層重量比較披覆差異 29
3.4.3.5 正電極的導電性測試 29
3.4.3.6 正電極的多孔性測試 30
3.4.3.7 正電極的撓曲性測試 30
3.4.3.8 正電極二氧化鈦層厚度測試 31
第四章 結果與討論 33
4.1 DSSC正電極薄膜黏附層 33
4.1.1 以乙二醇直接熱處理法製備黏附層 33
4.1.1.1 熱處理時間對黏附層穩定度之影響 34
4.1.1.2 熱處理時間對乙二醇去除率之影響 40
4.1.1.3 熱處理時間對ITO-PET電阻之影響 41
4.1.1.4 熱處理時間對黏附層孔隙率之影響 42
4.1.1.5 乙二醇黏附層之撓曲性 42
4.1.1.6 乙二醇黏附層之厚度 43
4.1.2 以乙二醇水熱法處理製備黏附層 43
4.2 DSSC正電極薄膜多孔層 44
4.2.1 多孔層以水熱法處理結果分析 44
4.2.1.1 水熱法處理溫度及時間對多孔層穩定度之影響45
4.2.1.2 水熱法處理溫度對多孔層反應程度之影響49
4.2.1.3 水熱法處理溫度對ITO-PET電阻之影響51
4.2.1.4 水熱法處理溫度對多孔層孔隙率之影響52
4.2.1.5 水熱法處理乙醇多孔層撓曲性 53
4.2.1.6 水熱法處理乙醇多孔層之厚度 54
4.2.2 多孔層以直接熱處理結果分析 55
4.2.2.1 直接熱處理溫度及時間對多孔層穩定度之影響55
4.2.2.2 直接熱處理法溫度對多孔層反應程度之影響59
4.2.2.3 直接熱處理溫度對ITO-PET電阻之影響61
4.2.2.4 直接熱處理溫度對多孔層孔隙率之影響62
4.2.2.5 直接熱處理乙醇多孔層撓曲性 63
4.2.2.6 直接熱處理乙醇多孔層之厚度 64
4.2.2.7 水熱法/直接熱處理24小時對ITO-PET電阻之影響64
4.3以直接熱處理法製備DSSC正電極薄膜複合層 66
4.3.1 不含TiO2粉體之乙二醇黏附層薄膜熱處理後披覆乙醇多
孔層直接熱處理 66
4.3.2 含TiO2粉體乙二醇黏附層/乙醇多孔層同時直接熱處理67
4.3.3 含TiO2粉體乙二醇黏附層熱處理後披覆乙醇多孔層直接熱處理 68
4.3.4 不同直接熱處理製程對複合層重量影響 69
4.3.5 直接熱處理製程對ITO-PET電阻影響 70
4.3.6 不同直接熱處理製程對複合層孔隙率影響70
4.3.7 不同直接熱處理方式對複合層撓曲性 71
4.3.8 不同直接熱處理方式對複合層之厚度 73
4.4 DSSC正電極薄膜複合層兩階段熱處理/水熱法製作73
4.4.1 不含TiO2粉體之乙二醇黏附層披覆乙醇多孔層水熱法複合層74
4.4.2 含TiO2粉體乙二醇黏附層熱處理4小時後披覆乙醇多孔
層水熱處理12小時複合層結果 74
4.4.3 含TiO2粉體乙二醇黏附層熱處理12小時後披覆乙醇多孔層水熱處理12小時複合層結果 75
4.4.3.1 含TiO2粉體乙二醇黏附層熱處理12小時後披覆乙醇多孔層水熱處理12小時複合層結果SEM分析76
4.4.4 含TiO2粉體乙二醇黏附層熱處理24小時後披覆乙醇多孔層水熱處理24小時複合層結果77
4.4.4.1 含TiO2粉體乙二醇黏附層熱處理24小時後披覆
乙醇多孔層水熱處理24小時複合層結果SEM分析 78
4.4.5 不同兩階段熱處理製程對複合層重量影響 79
4.4.6 不同兩階段熱處理製程對ITO-PET電阻影響 81
4.4.7 不同兩階段熱處理製程對複合層孔隙率影響 82
4.4.8 不同兩階段熱處理製程對複合層撓曲性 83
4.4.9 不同兩階段熱處理製程對複合層之厚度 84
4.5 DSSC正電極薄膜複合層-輾壓法製作 85
4.5.1 乙二醇黏附層薄膜(不含Citric Acid)熱處理 85
4.5.2 乙二醇黏附層(不含Citric Acid)披覆上乙醇多孔層熱處理
不輾壓複合層結果 86
4.5.2.1 乙二醇黏附層(不含Citric Acid)披覆上乙醇多孔層
熱處理不輾壓複合層結果SEM分析 87
4.5.3 乙二醇黏附層(不含Citric Acid)披覆上乙醇多孔層先熱處
理後輾壓複合層 88
4.5.3.1 乙二醇黏附層(不含Citric Acid)披覆上乙醇多孔層
先熱處理後輾壓複合層SEM分析 89
4.5.4 乙二醇黏附層(不含Citric Acid)披覆上乙醇多孔層先輾壓
後熱處理複合層結果 90
4.5.4.1 乙二醇黏附層(不含Citric Acid)披覆上乙醇多孔層
先輾壓後熱處理複合層結果SEM分析 91
4.5.5 黏附層薄膜和不同輾壓法處理對複合層重量影響 92
4.5.6 黏附層薄膜和不同輾壓法製程對ITO-PET電阻影響 93
4.5.7 黏附層薄膜和不同輾壓法製程複合層孔隙率影響 94
4.5.8 黏附層基底薄膜和不同輾壓法製程複合層撓曲性 95
4.5.9 不同輾壓法製程複合層之厚度 96
第五章 結論及建議 101
5.1結論 101
5.2建議 102
參考文獻 103



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