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系統識別號 U0002-0802201219292100
DOI 10.6846/TKU.2012.00300
論文名稱(中文) 白金奈米粒子-碳黑複合膜之製備與分析及其在可撓式染料敏化太陽能電池的應用
論文名稱(英文) Preparation and characterization of platinum nanoparticle - carbon black composite films and application of these films to flexible dye sensitized solar cells
第三語言論文名稱
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中文) 化學工程與材料工程學系碩士班
系所名稱(英文) Department of Chemical and Materials Engineering
外國學位學校名稱
外國學位學院名稱
外國學位研究所名稱
學年度 100
學期 1
出版年 101
研究生(中文) 黃柏蒼
研究生(英文) Bo-Tsang Huang
學號 698400610
學位類別 碩士
語言別 繁體中文
第二語言別
口試日期 2012-01-04
論文頁數 88頁
口試委員 指導教授 - 張正良(chlchang@mail.tku.edu.tw)
共同指導教授 - 張朝欽(ccchang@mail.tku.edu.tw)
委員 - 林正嵐
委員 - 段葉芳
委員 - 陳林祈
委員 - 張正良
委員 - 張朝欽
關鍵字(中) 可撓式染料敏化太陽能電池
白金/碳黑複合膜
對電極
關鍵字(英) flexible dye sensitized solar cells
Pt/C composite films
counter electrode
第三語言關鍵字
學科別分類
中文摘要
本論文中,將六氯鉑酸以乙二醇還原成奈米白金粒子,並附著於碳黑表面,製成高催化性、高比表面積之白金/碳黑粉末,並以XRD與TEM比較不同白金附著量粉末間的差異。再利用白金/碳黑粉末在FTO玻璃與ITO-PET上製作白金/碳黑電極,並且以SEM、四點探針、CV與EIS分析比較不同白金附著量、不同附著劑含量與不同厚度時的差異,最後取得較佳的一組配方為: 若以FTO為基板,較好的配方是白金/碳黑重量比為20 wt%、附著劑含量為12 wt%與3 μm厚度 的C4-2-1這組。以ITO-PET為基板,則為白金/碳黑重量比為20 wt%、附著劑含量為10 wt%與4 μm厚度的C4-1-2這組。

最後將白金/碳黑電極應用於染料敏化太陽能電池的對電極上,以FTO導電玻璃為基板時得到3.84 %的光電轉換效率,而標準白金電極製作之效率為4.53 %,以ITO-PET導電塑膠板為基板的可撓式染料敏化太陽能電池轉換效率為2.24 %,標準白金電極做出的效率為2.49 %,為了使可撓式染敏太陽能電池的壽命增長,本研究使用了膠態電解質來取代原本的液態電解質,使用白金/碳黑電極製作出來的可撓式膠態染料敏化太陽能電池的效率為1.46 %,而使用白金電極製作出來的效率為1.57 %。
英文摘要
This study used ethylene glycol to reduced dihydrogen hexachloroplatinate.    Dihydrogen hexachloroplatinate will reduce to nano platinum and attached on the carbon black. Pt/C powder have high catalytic and high specific surface. XRD and TEM can show the difference amount of platinum adhesion. Then use the Pt/C powder to produce Pt/C electrode on the FTO and ITO-PET. SEM, four-point probe, CV and EIS analysis to compare the difference in amount of platinum adhesion, adhesion agent content and different thickness. Finally to obtain a better formula is : If used the FTO substrate, Pt/C weightratio of 20 wt%, adhesion agent content of 12 wt% and the 3 μm thickness of C4-2-1 is the better formula. If used the ITO-PET substrate, Pt/C weightratio of 20 wt%, adhesion agent content of 10 wt% and the 4 μm thickness of C4-2-1 is the better formula.

Finally, the Pt/C electrode used in dye-sensitized solar cells on the counter electrode. The photoelectric conversion efficiency on the FTO glass substrate is 3.84 %, and Pt electrode production efficiency of 4.53 %. The efficiency on the ITO-PET substrate is 2.24 %, and Pt electrode production efficiency is 2.49 %. The study used a gel electrolyte to replace the liquid electrolyte. Pt/C electrode made out of the flexible gel state dye-sensitized solar cells’ efficiency of 1.46 %, and platinum electrodes produced an efficiency of 1.57 %.
第三語言摘要
論文目次
目錄

中文摘要……………………………………………………………………………I
英文摘要……………………………………………………………………………II
目錄…………………………………………………………………………………IV
圖目錄………………………………………………………………………………VI
表目錄………………………………………………………………………………IX
第一章	緒論…………………………………………………………………………1
1-1	染敏太陽能電池的原理與發展………………………………………………2
1-1-1	染料敏化太陽能電池的發展…………………………………………2
1-1-2	染料敏化太陽能電池的機制與原理…………………………………4
1-2	染料敏化太陽能電池的對電極………………………………………………6
1-3	研究動機………………………………………………………………………7
第二章	文獻回顧……………………………………………………………………8
2-1	染料敏化太陽能電池之碳材對電極…………………………………………8
2-2	白金/碳黑粉體的製作………………………………………………………10
2-3	白金/碳黑之對電極…………………………………………………………12
2-4	可撓曲式染料敏化太陽能電池……………………………………………15
第三章	實驗設備與方法……………………………………………………………18
3-1	實驗藥品與材料……………………………………………………………18
3-2	實驗步驟……………………………………………………………………24
3-2-1 白金/碳黑粉末製備……………………………………………………24
3-2-2 白金/碳黑電極製備……………………………………………………26
3-2-3 染敏太陽能電池製作…………………………………………………28
3-3	實驗儀器……………………………………………………………………31
第四章	實驗結果與討論……………………………………………………………34
4-1 白金/碳黑粉體分析…………………………………………………………34
4-2 白金/碳黑電極在FTO玻璃板之分析………………………………………37
4-2-1 電阻值量測與分析……………………………………………………37
4-2-2 薄膜形態分析…………………………………………………………39
4-2-3 CV量測與分析…………………………………………………………42
4-2-4 EIS之量測與分析………………………………………………………50
4-3 白金/碳黑電極在ITO-PET板之分析………………………………………52
4-3-1電阻值量測與分析……………………………………………………52
4-3-2薄膜形態分析…………………………………………………………54
4-3-3 CV量測與分析…………………………………………………………57
4-3-4 EIS之量測與分析………………………………………………………61
4-4 白金/碳電極於染料敏化太陽能電池之應用分析與量測…………………63
4-4-1 染敏太陽能電池在FTO板上的檢測…………………………………63
4-4-2 染敏太陽能電池在ITO-PET上的檢測………………………………66
4-4-3 膠態染敏太陽能電池在ITO-PET上的檢測…………………………69
第五章	結論…………………………………………………………………………71
參考文獻……………………………………………………………………………74
附錄A………………………………………………………………………………80
附錄B………………………………………………………………………………81
附錄C………………………………………………………………………………86

圖目錄

圖1-1 染料敏化太陽能電池的電子迴路圖…………………………………………4
圖2-1 染料敏化太陽能電池之運作機制……………………………………………9
圖2-2 以碳材為對電極之染料敏化太陽能電池結構圖……………………………9
圖2-3不同pH值製備出的白金/碳黑粉體之TEM圖與晶粒尺寸………………11
圖2-4 白金附著在碳黑表面上的TEM圖…………………………………………12
圖2-5 為白金、碳黑與白金/碳黑的CV曲線圖……………………………………13
圖3-1白金/碳黑粉末製備流程圖…………………………………………………25
圖3-2 白金/碳黑電極製備流程圖…………………………………………………26
圖3-3 白金/碳黑膜簡化命名………………………………………………………27
圖3-4 交流阻抗操作示意圖………………………………………………………33
圖4-1 白金-碳粉C0與C4之XRD分析……………………………………………34
圖4-2 白金-碳粉體C0之TEM分析………………………………………………35
圖4-3 白金/碳粉體C2之TEM分析………………………………………………35
圖4-4 白金/碳粉體C3之TEM分析………………………………………………36
圖4-5 白金/碳粉體C4之TEM分析………………………………………………36
圖4-6 在FTO基板之白金/碳黑薄膜C4-1-1表面(a,b)與截面(c,d)SEM圖………40
圖4-7在FTO基板之白金/碳黑薄膜C4-2-1表面(a,b)與截面(c,d)SEM圖………40
圖4-8在FTO基板之白金/碳黑薄膜C4-3-1表面(a,b)與截面(c,d)SEM圖………41
圖4-9比較製程中不同pH值條件下製做的C4-2-1白金/碳黑電極CV圖(在FTO)…44
圖4-10 利用CV比較製程中不同白金附著量的白金/碳黑電極(在FTO) ………44
圖4-11製程中不同附著劑含量的白金/碳黑電極CV圖(在FTO) ………………45
圖4-12不同附著劑含量及雙層膠帶厚度的白金/碳黑電極CV圖(在FTO) ……45
圖4-13 利用CV比較製程中不同膠帶層數的白金/碳黑電極(在FTO) ………46
圖4-14 白金電極之氫吸脫附CV圖(在FTO) ……………………………………46
圖4-15白金/碳黑電極之氫吸脫附CV圖(在FTO) ………………………………47
圖4-16在ITO-PET基板之白金/碳黑薄膜C4-1-2表面(a,b)與截面(c,d)SEM圖…55
圖4-17在ITO-PET基板之白金/碳黑薄膜C4-2-2表面(a,b)與截面(c,d)SEM圖…55
圖4-18在ITO-PET基板之白金/碳黑薄膜C4-3-2表面(a,b)與截面(c,d)SEM圖…56
圖4-19在ITO-PET基板上比較製程中不同膠帶層數塗佈厚度的白金/碳黑薄膜…56
圖4-20 利用CV比較製程中不同白金附著量的白金-碳電極(ITO-PET) ………58
圖4-21 利用CV比較製程中不同附著劑含量的白金-碳電極(ITO-PET) ………58
圖4-22 利用CV比較製程中不同膠帶層數的白金-碳電極(ITO-PET) …………59
圖4-23 以不同濃度之TiO2漿料製作在FTO板的染敏太陽能電池效率圖……64
圖4-24 以不同白金附著量之對電極製作在FTO板的染敏太陽能電池效率圖…64
圖4-25以不同膠帶厚度製作在ITO-PET之工作電極的染敏太陽能電池效率圖…67
圖4-26在ITO-PET板以不同白金附著量製作之對電極的染敏太陽能電池效率圖…67
圖4-27 白金/碳黑電極應用在可撓式膠態染敏太陽能電池之效率圖…………69
圖A-1 純碳黑C0-2-1與白金之CV圖(在FTO) ………………………………80
圖A-2 純碳黑C0-1-2與白金之CV圖(在ITO-PET) ……………………………80
圖B-1 利用EIS比較製程中pH值不同的白金-碳電極(在FTO) ………………81
圖B-2 利用EIS比較白金附著量不同的白金-碳電極(在FTO) …………………81
圖B-3 利用EIS比較附著劑含量不同的白金-碳電極(在FTO) …………………82
圖B-4 利用EIS比較膠帶層數不同的白金-碳電極(在FTO) ……………………82
圖B-5 純碳黑C0-2-1之EIS圖(在FTO) …………………………………………83
圖B-6 利用EIS比較白金附著量不同的白金-碳電極(ITO-PET) ………………83
圖B-7 利用EIS比較附著劑含量不同的白金-碳電極(ITO-PET) ………………84
圖B-8 利用EIS比較膠帶層數不同的白金-碳電極(ITO-PET) …………………84
圖B-9 純碳黑C0-1-2之EIS圖(在ITO-PET) ……………………………………85
圖C-1 電流-電壓曲線圖……………………………………………………………86
圖C-2 循環伏安圖…………………………………………………………………87
圖C-3 等效電路圖…………………………………………………………………88

表目錄

表4-1 不同白金附著量的白金/碳黑電極在FTO基板上的片電阻值……………38
表4-2 不同附著劑含量的白金/碳黑電極在FTO基板上的片電阻值……………38
表4-3製程中不同pH值條件下製做的C4-2-1白金/碳黑電極CV數據(在FTO) 47
表4-4 利用CV比較製程中不同白金附著量的白金/碳黑電極數據(在FTO) …48
表4-5製程中不同附著劑含量的白金/碳黑電極CV數據(在FTO) ………………48
表4-6 利用CV比較製程中不同膠帶層數的白金/碳黑電極數據(在FTO) ……48
表4-7 白金、純碳黑與白金/碳黑電極之比表面積與活性比表面基數據(在FTO)49
表4-8 利用EIS比較製程中pH值不同的白金/碳黑電極數據(在FTO) …………51
表4-9 利用EIS比較白金附著量不同的白金/碳黑電極數據(在FTO) …………51
表4-10 利用EIS比較附著劑含量不同的白金/碳黑電極數據(在FTO) …………51
表4-11 利用EIS比較膠帶層數不同的白金/碳黑電極數據(在FTO) ……………51
表4-12 不同白金附著量的白金/碳黑電極在ITO-PET基板上的片電阻值……52
表4-13 不同附著劑含量的白金/碳黑電極在ITO-PET基板上的片電阻值……53
表4-14 製程中不同膠帶層數的白金/碳黑電極在ITO-PET基板上的電阻值…53
表4-15 利用CV比較製程中不同白金附著量的白金-碳電極(ITO-PET)之數據59
表4-16 利用CV比較製程中不同附著劑含量的白金-碳電極(ITO-PET)之數據60
表4-17 利用CV比較製程中不同膠帶層數的白金-碳電極(ITO-PET)之數據…60
表4-18 利用EIS比較白金附著量不同的白金/碳黑電極(ITO-PET)之數據……61
表4-19 利用EIS比較附著劑含量不同的白金/碳黑電極(ITO-PET)之數據……62
表4-20 利用EIS比較膠帶層數不同的白金/碳黑電極(ITO-PET)之數據………62
表4-21 以不同濃度之TiO2漿料製作在FTO的染敏太陽能電池效率數據表…65
表4-22以不同白金附著量之對電極製作在FTO的染敏太陽能電池效率數據表65
表4-23以不同膠帶厚度製作在ITO-PET之工作電極的染敏太陽能電池效率表68
表4-24在ITO-PET板以不同白金附著量製作之對電極的染敏太陽能電池效率表…68
表4-25白金/碳黑電極應用在可撓式膠態染敏太陽能電池之數據表……………70
參考文獻
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