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系統識別號 U0002-1806201211385400
中文論文名稱 染料敏化太陽能電池製造之參數與性能探討
英文論文名稱 Manufacturing Parameters and Performance Test of Dye Sensitized Solar Cells
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 水資源及環境工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Water Resources and Environmental Engineering
學年度 100
學期 2
出版年 101
研究生中文姓名 李虹儒
研究生英文姓名 Hong-Ru Li
學號 699480298
學位類別 碩士
語文別 中文
第二語文別 英文
口試日期 2012-05-28
論文頁數 84頁
口試委員 指導教授-陳俊成
委員-申永順
委員-林清彬
中文關鍵字 染料敏化太陽能電池  二氧化鈦  分散劑  燒結程序 
英文關鍵字 Dye sensitized solar cell  titanium dioxide  dispersants  sintering process 
學科別分類 學科別應用科學環境工程
中文摘要 本研究係以刮刀成膜法進行二氧化鈦薄膜製備,將二氧化鈦薄膜燒結於FTO導電玻璃,製成多孔性薄膜電極。實驗中探討二氧化鈦薄膜電極於製備過程中,探討於分散劑、燒結溫度、燒結時間及膜厚等實驗參數進行實驗,搭配染料(黑莓)及電解質(0.5M KI + 0.05I2加入混合於乙基乙二醇),探討其對染料敏化太陽能電池效率之影響。實驗特性分析,以FESEM觀察二氧化鈦薄膜層之整體結構、顆粒呈現;以3D表面輪廓儀量測其薄膜厚度;以UV-Vis分析染料(黑莓)之吸收特性。
藉由分散劑之實驗,因使用醋酸時可制止二氧化鈦表面粒子產生聚集現象,於濃度0.1M之醋酸下,可得到較佳之光電轉換效率;藉由燒結時間之實驗,結果呈現,因溫度較高(約大於450℃)可將有機物質完全去除,本研究得到於550℃/30min下,可得較佳之轉換效率;於3D表面輪廓儀量測之二氧化鈦膜厚為18μm。
英文摘要 In this study the manufacture and the performance evaluation of dye sensitized solar cell(DSSC) are performed. This study focuses on how preparation parameters of titanium dioxide thin film affect the performance of DSSC. In the study, the a blackberry was used as dye and 0.5M KI ,0.05I2 in ethyl glycol was used as electrolyte. The titanium dioxide thin film was made by doctor blade method. The mesoporous titanium dioxide thin film was sintering on FTO glass. The titanium dioxide thin film electrode preparation includes the dispersant used, sintering temperature and sintering time. The film thickness and morphological properties were measured to relate various film manufacture parameters with DSSC performance. Among three dispersants of sulfuric acid, nitric acid and the acetic acid, the acetic acid was found to be adsorbed more on the surface of titanium dioxide that prohibits individual particle from aggregation as revealed in SEM measurements. Hence the acetic acid was selected as dispersants for the rest tests. An averaged 18μm film thickness was measured by 3D surface profiler. The test concludes that the optimal parameters in the titanium dioxide thin film manufacturing to obtain best DSSC performance are 0.1M concentration of acetic acid s dispersant, the sintering temperature 550℃ for 30min. The higher temperature in the sintering process is believed to burn out more organic matter in the titanium dioxide pore that enhance the exposure of the film to solar radiation, hence more optical-electro transfer improves the DSSC performance.
論文目次 目錄
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 2
1.2 研究目的 2
1.3 研究內容 3
第二章 文獻回顧 4
2.1 太陽能電池 4
2.1.1 太陽能電池之發電原理 5
2.1.2 晶片型太陽能電池 6
2.1.3 薄膜太陽能電池 8
2.1.4 有機太陽能電池 11
2.2 染料敏化太陽能電池 13
2.1.5 染料敏化太陽能電池發展背景 13
2.1.6 染料敏化太陽能電池之組成結構 15
2.1.7 染料敏化太陽能電池之工作原理 16
2.3 透明導電玻璃基板 18
2.4 二氧化鈦 19
2.5 染料(Dye) 20
2.3.1 商業化染料 22
2.3.2 紫質染料(Porphyrin) 24
2.3.3 天然染料 25
2.6 電解質溶液(Electrolyte) 27
2.7 相對電極 28
2.8 太陽能電池之電流-電壓輸出特性 28
2.9 染料敏化太陽能電池元件效率之探討 31
2.9.1 二氧化鈦薄膜厚度對染料敏化太陽能電池之影響 31
2.9.2 二氧化鈦燒結溫度對染料敏化太陽能電池之影響 33
2.9.3 分散劑對染料敏化太陽能電池之影響 34
2.9.4 染料對染料敏化太陽能電池之影響 35
第三章 實驗研究方法 36
3.1 研究方法與流程 36
3.2 實驗藥品與實驗材料、設備 37
3.2.1 實驗藥品與器材 37
3.2.2 實驗材料與設備 38
3.3 實驗程序 43
3.3.1 實驗預先步驟 44
3.3.2 實驗步驟 46
3.4 實驗條件 49
第四章 結果與討論 50
4.1 染料之紫外光-可見光吸收光譜(UV-VIS)分析 50
4.2 光照度計與太陽光之關聯 51
4.3 光照度計與太陽光模擬器之關聯 52
4.4 二十年無機太陽能板之功率測試 53
4.5 Konarka Power PlasticR 20 Series太陽能板之功率測試 54
4.6 二氧化鈦薄膜分析 56
4.6.1 不同分散劑下之實驗 57
4.6.2 醋酸於不同濃度下之實驗 61
4.6.3 醋酸不同燒結溫度下之實驗 65
4.6.4 醋酸不同燒結時間下之實驗 67
4.6.5 二氧化鈦薄膜厚度之探討 69
第五章 結論 71
5.1 結論 71
5.2 建議 72
參考文獻 73
圖目錄
圖2-1 太陽能電池之發電原理 5
圖2-2 單晶矽太陽能電池 7
圖2-3 多晶矽太陽能電池 8
圖2-4 非晶矽太陽能電池 9
圖2-5 DSSC之主要結構 15
圖2-6 DSSC之反應機制圖 17
圖2-7 DSSC工作原理示意圖 18
圖2-8 二氧化鈦晶體結構圖(a)銳鈦礦(b)金紅石 20
圖2-9 N3染料的化學結構式 23
圖2-10 N719染料的化學結構式 23
圖2-11 Black染料的化學結構式 24
圖2-12 紫質染料基本結構圖 25
圖2-13 花青素基本結構圖 26
圖2-14 花青素之分子與二氧化鈦之附著作用 26
圖2-15 DSSC之I-V特性曲線圖 30
圖2-16 DSSC於不同薄膜厚度之IV 曲線 31
圖3-1 研究流程圖 36
圖3-2 場發射鎗掃描式電子顯微鏡 39
圖3-3 3D表面輪廓儀(3D Profiler) 39
圖3-4 加熱爐(Sentry Electric Furnace) 42
圖3-5 太陽光模擬器(Solar Simulator) 43
圖3-6 實驗製作流程圖 44
圖3-7 電阻量測板 45
圖3-8 分散劑 45
圖3-9 黑莓研磨前後對照圖 46
圖3-10 電路圖 48
圖4-1 黑莓汁全波長圖 50
圖4-2 光照度計與太陽光之關聯圖 51
圖4-3 光照度計與太陽光模擬器之關聯圖 52
圖4-4 二十年無機太陽能板之功能測試 53
圖4-5 二十年無機太陽能板之電流-電壓曲線 54
圖4-6 Konarka太陽能板之性能測試 55
圖4-7 Konarka太陽能板之電流-電壓曲線 55
圖4-8 奈米二氧化鈦SEM圖 56
圖4-9 奈米二氧化鈦之3D表面輪廓圖 57
圖4-10 使用醋酸溶液之電流-電壓曲線 58
圖4-11 使用醋酸溶液之SEM圖 (左)平均裂縫圖 (右) 顆粒圖 59
圖4-12 使用硝酸溶液之電流-電壓曲線 59
圖4-13 使用硝酸溶液之SEM圖 (左)平均裂縫圖 (右) 顆粒圖 60
圖4-14 使用鹽酸溶液之電流-電壓曲線 60
圖4-15 使用硝酸溶液之SEM圖 (左)平均裂縫圖 (右) 顆粒圖 61
圖4-16 醋酸濃度0.01M之電流-電壓曲線 62
圖4-17 醋酸濃度0.05M之電流-電壓曲線 63
圖4-18 醋酸濃度0.1M之電流-電壓曲線 63
圖4-19 醋酸濃度0.5M之電流-電壓曲線 64
圖4-20 醋酸濃度1M之電流-電壓曲線 64
圖4-21 燒結350℃之電流-電壓曲線 66
圖4-22 燒結450℃之電流-電壓曲線 66
圖4-23 燒結550℃之電流-電壓曲線 67
圖4-24 燒結5min之電流-電壓曲線 68
圖4-25 燒結15min之電流-電壓曲線 68
圖4-26 燒結30min之電流-電壓曲線 69
圖4-27 奈米二氧化鈦之3D表面輪廓圖 70

表目錄
表2-1 各種類太陽能電池與模組轉換效率 4
表2-2 染料敏化太陽能電池之發展 14
表2-3 N3、N719、Black-Dye之特性比較 24
表2-4 DSSC不同薄膜厚度之IV表現 32
表4-1 光照度計與太陽光之關聯數據 51
表4-2 光照度計與太陽光之關聯數據 52
表4-3 分散劑之光電性能表 58
表4-4 醋酸各濃度之pH值 61
表4-5 醋酸濃度之光電性能表 62
表4-6 醋酸各燒結溫度之光電性能表 65
表4-7 醋酸各燒結時間之光電性能表 67
表4-8 本研究與文獻之薄膜厚度比較表 70
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論文使用權限
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