以奈米TiO2制作色素增感型太阳电池工作电极之初步探讨.PDF

科學與工程技術期刊 第四卷 第一期 民國九十七年 35 Journal of Science and Engineering Technology, Vol. 4, No. 1, pp. 35-42 (2008) 以奈米TiO 製作色素增感型太陽電池工作電極之初步探討 2 姚品全 王立民 姜穎宏 何浩千 陳禹誠 大葉大學電機工程學系 彰化縣大村鄉山腳路 112號 摘 要 本研究以奈米 TiO 粉體製作色素增感型太陽電池之工作電極，研究製程參數對太陽電池光 2 電轉換效率之影響，主要製程變因包括：寬能隙半導體工作電極的製備、增感染料系統篩選、 對電極製備與太陽電池封裝等。研究結果發現：以 Porphyrin 為敏化染料的色素增感型太陽電 池，經由適當製程調控，整體的最佳值 VOC=0.53 V ，JSC=5.81 mA/cm2 ，FF=0.34 ，光電轉換效 率為 0.39% （實驗室自製光源，未經濾光與強度調整）。Co-adsorbent （deoxycholic acid, DCA ） 的添加，會影響太陽光的吸收。由 I-V 量測的暗電流分析（dark current analysis ）中發現：本電 池結構之串聯電阻大小與太陽電池之填充因子（fill factor, FF ）高度相關，本系統的低光電轉換 效率，主要來自低填充因子。由 TiO2 工作電極表面結構研究發現：旋塗法較刮刀法更容易控制 膜厚與表面孔隙度等特性。以簡單的光生載子擴散模式，推估載子可能穿越的 TiO2 膜厚為 10μm ，與膜厚對光電流之影響實驗所得結果相符。此外，由添加PEG 以調整 TiO 工作電極孔 2 隙度之研究發現：添加 PEG 可增加 TiO2 工作電極表面積，當 PEG 添加量為 20% 時（相對於 TiO 2 重量），TiO 工作電極有最大 BET 表面積 48.2 m /g 。PEG 的添加對 DSSC 光電效率影響 2 2 最大的是短路電流。當 PEG 添加量為 30% 時，得到最大 JSC 值 3.91 mA/cm2 。此一結果與BET 表面積增加趨勢大致吻合。此外 PEG 添加量與開路電壓，VOC 的關聯較不明顯，可能原因是添 加 PEG 後，略微改變 TiO2 的表面狀態，但是受到各種製程中不理想因素之掩蓋，在高 PEG 添 加量時，與 VOC 的關聯，呈現不規則的變化趨勢。填充因子與 PEG 添加量之關聯，隨 PEG 添 加量增加而呈現逐漸下降之趨勢。綜合本研究結果可知，以呲喀紫質（Porphyrin ）系列花青素 染料取代目前效率最佳但是價格昂貴的 Ru-complex dye 製作色素增感型太陽電池之工作電極， 經由適當製程調控，所製作的電化學太陽電池，仍然可以得到不錯的