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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