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研究生:周雅惠
研究生(外文):Ya-Hui Chou
論文名稱:染料敏化太陽能電池之電極製備與探討
論文名稱(外文):Electrode Preparation and Application of Dye-Sensitized Solar Cell
指導教授:劉博滔
指導教授(外文):Bo-Tau Liu
口試委員:徐治平李坤穆
口試委員(外文):Jyh-Ping HsuKun-Mu Lee
口試日期:2014-07-22
學位類別:碩士
校院名稱:國立雲林科技大學
系所名稱:化學工程與材料工程系
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:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:82
中文關鍵詞:染料敏化太陽能電池緻密層前處理後處理
外文關鍵詞:dye-sensitized solar celldense layerpre-treatmentpost-treatment
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本研究以溶膠凝膠法合成銳鈦礦二氧化鈦粒子(簡稱TAc ),以簡單的方式應用於染料敏化太陽能電池之光陽極。其應用方式分成三部分,第一部分為添加不同比例之TAc於二氧化鈦漿料中,從SEM可得知添加TAc可以使得TiO2粒子與粒子堆疊較緊密,添加5g的TAc於漿料中可額外提升1.5倍的染料吸附,電子壽命可增加為原來的1.2倍,使光電轉換效率從5.67%提升至6.55%。第二部分為TAc做為緻密層(compact layer),可大幅提升將近原來1.5倍染料吸附量,內部總電阻從58.41Ω降至47.78Ω,提升了為原來3.3倍的電子壽命,有此可知,添加緻密層能有效隔絕FTO與電解液介面間的逆反應發生,光電轉換效率由5.67%提升至8.32%。第三部分為使用TAc做為光陽極的後處理,從SEM可明顯觀察出TAc可以使TiO2粒子與粒子之間有很好的necking,以縮短電子傳輸路徑及避免TiO2與電解液發生電子-電洞再結合,染料吸附量比未處理的多了16%,內部總電阻從58.41Ω大幅降為45.14Ω,光電轉換效率從5.67%提升至7.72%。最後將三部分研究,結合應用於光陽極,染料的吸附量比未使用TAc的光陽極提升至1.8倍,總電阻值從原本58.41Ω下降至43.59Ω,電子壽命比未使用TAc的光陽極提升了將近2倍,可獲得10.49%的光電轉換效率。
In this study, fine anatase titanium dioxide particles (referred TAc) solution were prepared by the sol-gel method and applied to the anodes of dye-sensitized solar cells. The study is divided into three parts. The first part is to add TAc into the TiO2 layer in various compositions. Observing from SEM images, the addition of TAc make TiO2 particles contact more closely. For 5-g TAc addition, the adsorbed dye increases up to 1.5 times and the electronic lifetime increases 1.2 times compared to the pristine TiO2 formula; the power conversion efficiency enhances from 5.67 to 6.55%. The second part is to use TAc as a dense layer (compact layer). The dye adsorption increases near 1.5 times; the total internal resistance decreases from 58.41 to 47.78 Ω; the electronic lifetime increases 3.3 times. The results indicate that the dense layer can impede effectively the reverse reaction occurring at the interface of FTO and electrolyte, resulting in the enhancement of power conversion efficiency from 5.67 to 8.32%. The third part is to post-treat the TiO2 anode with TAc. After TAc treatment, the TiO2 particles show well necking each other, shortening the electron transport path and avoiding the occurrence of electron-hole recombination between TiO2 and electrolyte. The dye adsorption increases more than 16%; the total internal resistance decreases from 58.41 to 45.14 Ω; the power conversion efficiency rises from 5.67 to 7.72%. Finally, the three parts were combined: the dye adsorption increases to 1.8 times .The total internal resistance decreases from the 58.41 to 43.59 Ω; the electronic lifetime reveals near two-fold enhancement; the power conversion efficiency reaches as high as 10.49% .
摘要 i
Abstract ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 vii
第一章 緒論 1
1-1前言 1
1-2太陽能電池種類及介紹 1
1-2-1矽太陽能電池 2
1-2-2化合物半導體薄膜太陽能電池 3
1-2-3有機半導體太陽能電池 4
1-3太陽能光電轉換效率量測 5
1-3-1標準測試環境 5
1-3-2太陽能電池特徵曲線及參數 7
第二章 文獻回顧 9
2-1 染料敏化太陽能電池 ( Dye-sensitized solar cells, DSSCs ) 9
2-1-1染料敏化太陽能電池結構與原理 9
2-1-2導電基材 11
2-1-3工作電極 11
2-1- 4染料 14
2-1- 5電解液 17
2-1- 6對電極 18
2- 2溶膠凝膠法合成二氧化鈦應用於染料敏化太陽能電池之文獻 18
2- 3染料敏化太陽能電池之前處理與後處理之文獻 23
第三章 實驗內容 41
3-1 實驗藥品與儀器設備 41
3-2 以溶膠凝膠法合成銳鈦礦二氧化鈦粒子 43
3-3染料敏化太陽能電池元件的製備與組裝 43
3-3-1 TiO2工作電極的製備 44
3-3-2對電極的製備 46
3-3-3 電解液及染料的配製 46
3-3-4 電池組裝 46
3-4太陽能電池元件性能之量測 47
3-4-1模擬太陽光源 ( Solar Simulator ) 47
3-4-2光電流-光電壓特性曲線 ( Photocurrent-voltage characteristic curve ) 47
3-4-3電化學阻抗分析 ( Electrochemical impedance spectroscopy, EIS ) 47
3-4-5掃描式電子顯微鏡( Scanning Electron Microscope, SEM ) 51
3-4-6粉末X光繞射儀 ( X-Ray Powder Diffractometer, XRD ) 52
第四章 實驗數據與結果討論 53
4-1第一部分:以不同比例之TAc添加於TiO2 paste製成工作電極 56
4-2第二部分:pre-treatment:添加緻密層(compact layer)於FTO 64
4-3第三部分:post-treatment:添加TAc於TiO2 film做為後處理 68
4-4 結合三部分:FTO / pre-treatment-TAc / TAc-5 paste/post-treatment-TAc 在DSSC之表現 74
第五章 結論 79
參考文獻 80

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