奈米太阳能电池

奈米太陽能電池

Dye-SensitizedSolarCells

(色素增感型太陽能電池)吳季珍副教授國立成功大學化工系2004.07.21K-12奈米實作研習營1SolarCellsThesupplyofenergyfromtheSuntotheEarthis3x1024Joules/year.Itisabout10,000timesmorethantheglobalpopulationcurrentlyconsumes.Covering0.1%oftheEarth’ssurfacewithsolarcellswithanefficiencyof10%wouldsatisfyourpresentneeds.2太陽光能譜3色素增感型太陽能電池

Dye-SensitizedSolarCells(DSSCs)4色素增感型太陽能電池工作原理TiO2奈米薄膜5hvhv透明導電玻璃e-二氧化鈦色素分子h+e-h+e-還原態(I3-)氧化態(I-)電解液電位最大可獲得電壓截取電洞擴散電解質陰極電子注入色素增感型太陽能電池工作原理6色素增感型太陽能電池vs.光合作用光合作用機制圖色素增感型太陽能電池7Thedyesolarcell:ItisabiomimeticdeviceItisananoparticledeviceItisamajority-carrierdevicePositivechargetransportoccursthroughiontransportintheelectrolyte,ratherthanholeconductionItsrecordefficiencyconfirmedatNRELat10.4%ConventionalSolarCellvs.Dye-SensitizedSolarCell8Electroncurrentdensity:thegradientoftheconductionbandedge:theelectronconcentrationgradient:theelectronmobility:theelectroncharge:thediffusioncoefficientForthedyesolarcell:Nobandbending,solarelectriceffectduetoanelectronconc.gradientbylightabsorption---DiffusionNoelectricfield,separationofelectronsandholesoccurringatdye/TiO2interfaceDye-SensitizedSolarCellLowphotocurrentcouldbetheresultofInefficientlightharvestingbythedyeInefficientchargeinjectionintoTiO2Inefficientcollectionofinjectionelectron9ElectronTransportintheDye-SensitizedSolarCell

---animportantfactoraffectingenergyconversionefficiencyDiffusioncoefficientoftheelectronsintheporousfilmwasfoundtobeseveralordersofmagnitudelowerthanthatofbulkcrystal.Multitrappingmodel:electrontransportismediatedbytheconductionbandandisinterruptedbytrapping.Thetrapscouldbeformedbyoxygendefects,amorphouslayerontheparticlesurface,chemicalsurrounding,andlatticemismatchatboundaries.InjectionelectronsareslowdownbytrappingatthesurfaceoftheparticlesandmaybackreactionthroughrecombinationwithI3-ions.10各種太陽能電池的比較Nature414,338,200111如何製作色素增感型太陽能電池12藥品與器材透明導電玻璃2×2cm二氧化鈦(TiO2)粉末乙基丙酮(acetylacetone)界面活性劑(TritonX-100)丙醯碳酸酯(propylenecarbonate)碘(I2)碘化鉀(KI)色素(Merchrochrome)導電銅膠帶13H2O10mL乙基丙酮

1mLTiO230g均勻分散後

加入40mLH2O稀釋滴入界面活性劑TritonX-1001mL靜置最少十五分鐘以上二氧化鈦漿糊完成!!製作色素增感型太陽能電池調配二氧化鈦漿糊

14清洗，吹乾，並確定那一面為導電面TiO2漿糊500℃下加熱一小時

於導電面貼上膠帶做為模版以玻棒沿同一方向塗抹撕下膠帶製作色素增感型太陽能電池製作二氧化鈦電極15TiO2

奈米薄膜16製作色素增感型太陽能電池製作白金電極以丙酮、酒精等溶劑於超音波水槽內震洗透明導電玻璃基板(ITO)。清洗完畢取出後，以氮氣槍吹乾，並以三用電錶量測那一面為導電面，導電面朝上放置。利用濺鍍機於透明導電玻璃上，鍍上一層白金，白金電極完成。調配電解質溶液於樣品瓶內裝入20mL的丙醯碳酸酯(propylenecarbonate)，加入0.254g的碘(I2)以及1.66g的碘化鉀(KI)，均勻混合後電解質溶液即配製完成。此電解液應避免光照，因此在不使用時可用鋁鉑紙包裹，或是存放在沒有光照的地方。於導電面鍍上一層白金17StainingtheTiO2withDye製作色素增感型太陽能電池Mercurochrome(merbromin)取一培養皿，撒上少許色素(Merchrochrome)，再加入適量酒精做為溶劑，將二氧化鈦電極浸泡其中，浸泡時間約12~18小時。浸泡完畢後，取出待其自然陰乾，再以氮氣槍吹乾，保持乾燥！需注意避免水氣吸附在二氧化鈦電極表面，以免影響奈米太陽能電池之效率。吸附色素分子於二氧化鈦表面18製作色素增感型太陽能電池組裝奈米太陽能電池取一白金電極與二氧化鈦電極，白金面與二氧化鈦面，面對面錯開5mm對貼，在其兩側各夾一片PE膜做為間隙子(spacer)，並以長尾夾固定。將上述固定好之樣品放於加熱板上，160℃下加熱三分鐘，使PE膜受熱固定往兩片電極。以滴管吸取少許電解質溶液，滴一兩滴電解液於奈米太陽能電池未封往的一邊，讓其藉由毛細作用吸入整個奈米太陽能電池之中。待電解液完全充滿整個奈米太陽能電池後，以牙籤沾取少許AB膠，將剩下尚未封住的兩邊封住。剪下兩片長2cm寬5mm銅膠帶，貼在兩側露出之透明導電玻璃上，做為電池輸出端。19製作色素增感型太陽能電池成品展示20色素增感型太陽能電池

Dye-SensitizedSolarCell(DSC)21塑膠片上的太陽能電池22藥品與器材藥品名稱廠商聯絡電話透明導電玻璃(ITO)正太科技(03)4342-538導電銅膠帶晧睿科技(02)2555-5888

二氧化鈦(TiO2)粉末(TG-P25)景明化工(06)2538-143乙基丙酮(acetylacetone)景明化工(06)25