探究影响太阳能电池电压的因素

1、探究影響太陽能電池電壓的因素g608摘要本實驗製作出來的染料敏化太陽能電池，真的能發電。照度到4000lux 的時候，太陽能電池的電壓最強；到達5000lux的時候，電壓沒有增強，也 沒有明顯的減弱，電壓幾乎一樣。沒有加染料的太陽能電池電壓很低，染料 是甲基藍的電壓最高。甲基藍對水濃度爲1 : 4 0的染料敏化太陽能電池， 所產生的電壓最高，濃度最高和最低的染料敏化太陽能電池，測出的電壓都 不高。壹、硏究動機我們日常生活最重要的能源就是電，無時無刻離不開電，電力讓我們生 活舒適便利；然而，由於地球上的各項能源日益短缺，全球氣候變遷、空氣 污染、地球暖化；因此，節能減碳與找尋乾淨能源，便成了大家

2、最重要的課 題。能源分爲好幾種，火力發電會造成空氣污染，核能發電可能會有輻射外 露，太陽能是最無污染的能源、又可以使用最長久的能源，所以我打算從太 陽能電池著手。貳、硏究目的一、製作出染料敏化太陽能電池二、用甲基藍當染料，不同照度對染料敏化太陽能電池產生之電壓之影響三、用紅汞液當染料，不同照度對染料敏化太陽能電池產生之電壓之影響四、不同顏色的染料對二氧化钛敏化之影響五、不同濃度的染料對太陽能電池產生電壓之影響參、文獻探討一、太陽能電池介紹1 矽晶元太陽能電池分爲單晶矽及多晶矽，目前爲硏究成熟並商業量產，轉換效率達20%以上，唯因需要高度純化的矽半導體，故成本仍然很高。2 .非晶矽太陽能電池此類

3、光電池是發展最完整的薄膜式太陽能電池，惟在光點使用後短 時間內性能會大幅衰退，其光電轉換效率較低，商業模組僅48%。3 染料敏化太陽能電池1991年瑞士科學家m.graetzel發明染料敏化太陽能電池，以便宜又容易取得的玻璃爲基材,結合染料分子和奈米級的金屬氧化物半導 體粉末,即可吸收太陽光轉換成電能'被視爲下一帶太陽能電池的主力。染料敏化太陽能電池的基本設計，是藉由化學溶液的浸泡，讓金屬 氧化物半導體粉末的表面吸附染料分子,在將這些粉末塗布在電池的陽 極上作爲感光層，然後再感光層與陰極之間加上一層電解質幫助導電。瑞士發表此新型太陽能電池後，立即受到各阈跟進硏究，近年來歐 洲和屮國均已

4、建立小型示範發電站，英阈今年10月已宣布將建立全球 第一座生產商用染料敏化太陽能電池的工廠。二、光觸媒原理光觸媒本身是一個複合名詞，結合了光與觸媒二個名詞與槪念。觸媒的定義 是大家熟悉的，也就是：可加速或減緩化學反應的物質。光則是具有粒子與波動 行爲的量子化電磁能量，不具電荷或質量,但有動能。觸媒是物質，光是量子化 的能量，兩者結合後，可以把光觸媒反應是爲：利用觸媒且牽涉到光線吸收的催 化反應。所有因吸收光線而產生的催化反應'都可稱謂光觸媒反應'所使用的物質便 可稱爲光觸媒。光觸媒的種類繁多，如二氧化欽、金屬錯合物（染料）等，其中 尤以葉綠素更是廣為世人所熟悉的天然光觸媒，它可

5、以吸收太陽光的能量，把二 氧化碳和水轉化成葡萄糖，這就是著名的光合作用，既可提供生命所需的碳水化 合物，更能去除空氣中的二氧化碳，是天然光觸媒。所有因吸收光線而產生的催化反應，都可稱謂光觸媒反應，所使用的物質便 可稱爲光觸媒。光觸媒的種類繁多，如二氧化欽、金屬錯合物（染料）等，其中尤以葉綠素更是廣為世人所熟悉的天然光觸媒。目前合成的光觸媒以半導體材料爲主'很多種金氧化物半導體材料都具有光觸媒的功能。其屮二氧化钛因化學性質安定、價格低廉等優點'而成爲最爲廣泛使用的人工光觸媒。肆、硏究設備及器材-、藥品類1. 二氧化钛：數顆'粒徑越小'轉換效率越好。2. 碘：數克。

6、3. 碘化鉀：數毫克。4. 有機染料分子：甲基藍、紅汞水。5. 乙酸：數毫升。6. 乙醇：清洗用。二、儀器類1三用電錶：一個，測量機版表面電阻値和太陽電池之電壓和電流使用。2滴管、量筒、燒杯：各一個。3玻璃棒：半徑小於5mm，長度2030cm的圓柱型玻璃棒，或是表面光滑、 半徑均勻的棒子，尺寸不是絕對重要。若無玻璃棒的話，一般險爲實驗常用 的載玻片亦可代替使用。4測試導線：兩條，一端爲鱷魚夾，另一端爲香蕉插頭的導線。5照度計：一個°6精密磅秤：一個。三、其他1. ito :導電玻璃。2. 硏缽、硏杵：一組。3. 编子：一個°4. 3m膠帶：一捲。5. 棉花棒：數根°

7、;6. 沙拉脫：一般家用的沙拉脫。7. 檯燈：一個。伍硏究過程或方法與硏究結果一、製作出染料敏化太陽能電池（一）實驗步驟1-調配二氧化钛:水:乙酸=3:4:1（質量比）之一氧化钛漿料°2. 加入3滴沙拉脫並攪拌均勻。4.3. 將ito導電面朝上，三面貼上膠帶以控制膜厚。均勻塗上漿料'在用玻璃刮除多於醬料，製作出約10平方公分大小的二氧化钛薄膜。5. 步驟14所用的導電玻璃置入染色劑內染色（甲基藍溶液）。6. 取一片ito，在導電面上用麥克筆做記號。7.將染色過得基板二氧化钛面朝下覆蓋於ito上，用長尾夾將兩片玻璃夾住。8. 注入碘/碘化鉀/水以重量比1/10/10之比例混合之

8、電解質，讓 它自然滲透進兩片玻璃中間。9. 控制光度爲2000lux、量測電壓、電流。（二）結論可以產生電壓及電流。二、用甲基藍當染料，不同照度對染料敏化太陽能電池產生之電壓之影響（一）實驗步驟1. 用甲基藍當染料製作一個染料敏化太陽能電池。2. 以不同照度測量此電池電壓的變化，分別爲： 1000lux,2000lux,3000lux,4000lux,5000lux3. 結果如下表（二）實驗觀察紀錄表觀觀 察 察次 二三|儿|五平均looolux3954114424294324222000lux4844684464524484603000lux4864904914884884894000lux

9、4904954954874904915000lux492491491488489490單位：mv（三）實驗察統計圖不同照度對染料敏化太陽能電池之影響（四）結論1. 照度增加電壓也會增加。2. 照度looolux的電壓最低，接著的順序是 2000lux,3000lux,4000lux，到了 5ooolux 的時候停止升高。3. 電壓的大小，可參考折線圖表。4. 接著我想實驗使用紅汞液當染料製作的染料敏化太陽能電池，是否 和甲基藍當染料製作的染料敏化太陽能電池照度與電壓的的規律一 樣。三、用紅汞液當染料，不同照度對染料敏化太陽能電池產生之電壓之影響（一）實驗步驟1. 用紅汞液當染料製作一個染料敏化

10、太陽能電池。2. 以不同照度測量此電池電壓的變化，分別爲：looolux,2000lux,3000lux,4000lux,5000lux3. 結果如-卜表（二）實驗觀察紀錄表單位：mv觀觀察 察次 £ 二三|儿|五平均looolux2352302282272242292000lux2302312292282252293000lux1541531511491551524000lux1421421341431391405000lux167169165166169167（三）實驗觀察統計圖不同照度對染料敏化太陽能電池電壓之影響l(x)olux 2000lux3000lux4000lux50

11、00lux照度（四）結論1. 照度爲1 ooolux的反而電壓最高，而2000lux的跟1 ooolux的電壓 差不多。2. 照度爲4000lux的電壓最低。3. 電壓的大小，可參考折線圖表。4. 實驗後發現，使用甲基藍當染料，和紅汞液當染料，照度與電壓的 規律不一樣；不一樣的地方是，甲基藍當染料的太陽能電池，是照 度增加電壓也會增加，而用紅汞液當染料的太陽能電池，是照度高 反而電壓低。四、不同顏色的染料對二氧化钛敏化之影響（一）實驗步驟1. 用不同染料，製作出染料敏化太陽能電池，分別爲: 無染劑、甲基藍、紅汞液。2. 同樣在2000lux的照光.卜'測量°3. 比較不同染劑

12、造成電壓的大小。（二）實驗觀察紀錄表單位：mv觀觀 察 察次 二三|儿|五平均甲基藍484468446452448460紅汞液230231229228225229無染劑545563554354（三）實驗觀察統計圖不同染料對太陽能電池敏化之影響染料1. 三種染料做出的太陽能電池，甲基藍的電壓最高，無染料的最低。2. 無染料的電壓最低這跟光觸媒原理是一致的。五、不同濃度的染料對太陽能電池產生電壓之影響（一）實驗步驟1. 用不同濃度的甲基藍溶液製作染料敏化太陽能電池。2. 甲基藍和水以不同比例調配，測量電壓的變化，如下:甲基藍o.lgo.lg水20ml40mlo.lgo.lgo.lg60ml80ml

13、100ml3. 同樣在2000lux的照度下測量。4. 結果如下表（二）實驗觀察紀錄表單位：mv觀觀 察 察次 vj二三四五平均20ml27.626.827.727.126.627.1640ml27.026.726.727.026.926.8660ml34.034.634.834.935.334.7280ml40.137.542.144.343.541.5100ml54.354.354.254.253.854.16（三）實驗觀察統計圖不同濃度的染料對太陽能電池產牛電壓之影響1. 濃度爲o.lg : 100ml的染料敏化太陽能電池，電壓最強。2. 濃度爲o.lg： 20ml的染料敏化太陽能電池，

14、電壓最低。3. 電壓大小的變化：濃度越濃'電壓越低；濃度最低的'電壓最高。陸、結論實驗中發現當電解質（碘加碘化鉀溶液）乾掉時，電壓變的極小，可見電 解質也是本染料敏化太陽能電池的重要素材，如何將電解質密封於此太陽能 薄膜片中，不會洩漏，以便重複使用，是重要的課題。在測量染料濃度對太陽能電池的影響時，我發現濃度越低反而電壓高， 所以在製作一個太陽能電池時，染料濃度低一些較好，這樣成本也比較低。太陽能必定是未來世界最重要的能源，如何將太陽能轉換成我們可以使 用各式能源，例如電能或熱能，將是人類最重要的科學硏究，本次實驗發現 使用簡單的索材即可將太陽能轉換成電能，太陽能是取之不盡用之不竭