可卷曲太阳电池制作.PDF

投稿類別：物理類 篇名： 奈米光敏染料太陽電池薄膜研製 兼論石墨微顆粒添加的電性變化 作者： 陳冠文 。台北市立大直高中。高一9 班 陳家斌 。台北市立大直高中。高一9 班 宋育峻 。台北市立大直高中。高一9 班 指導老師： 陳秉貴老師 奈米光敏染料太陽電池薄膜研製 兼論石墨微顆粒添加的電性變化 壹前言 一、研究動機 常在光華商場店舖看到販售的太陽電池板，另外在我們使用的計算機上看到一小片的太 陽電池板，而它們幾乎都是由矽晶片作成的，這就令我們興起一個疑慮，難道所有的太陽電 池都是由矽晶作成的嗎？所以經由同學們與老師的討論我們就找了較易於高中實驗室現有設 備可以製作的的奈米氧化鈦太陽電池 ，由於太陽電池原理基本是一種牽涉到電子施與受的氧 化還原理論，所以決定從事此實驗研究主要仍是一種氧化還原定律的實踐。 由於我們學校已 有研究氧化鈦(TiO )太陽電池板的多年經驗，所以這次的實驗除了奈米氧化鈦太陽電池板的製 2 究外，我們額外還進行了光敏染料浸漬的實驗，以期能我們更深入了解光敏染料添加 我們還將太陽電池材料改為氧化鋅(ZnO) ；主要是因為在某些科學期刊曾告知氧化鋅的脆 性遠低於氧化鈦，老師說這意思是可將 ZnO 薄膜生長在塑膠基板上，將來做成的奈米氧化鋅 太陽電池可捲曲成筒狀易於收藏，這就是老師說過的可撓式太陽電池。 而且 ZnO 的電子 移動率大於氧化太甚多，將來太陽電池使用時也會出現較高的光電轉換效率。 除了製 作兩種材料的太陽電池外，我們團隊也要探討沉積生長兩種材料的一些控制變因；諸如溫度、 合成濃度等。另外太陽電池測試方式也是本團隊探討的主題，期望能完全了解這些測試的詳 細來龍去脈。 由於太陽電池的製作 (包括奈米 TiO 太陽電池 、ZnO 太陽電池及可捲曲式太陽電池) 是 2 大直高中特有的專題研究課程項目中的主要部分，而且在 TiO 材料方面已有數年的經驗，再 2 加上剛成立的自然資優班專題研究課程開發已將此主題列為課程主題研究之一，可見此太陽 電池主題將是大直高中將來主題研究的主題之一。 能源之獲得為當今半導體科技要突破所必須克服的課題，尤其須顧及到環保之要求。所 以太陽能之研究及使用已經越趨重要之地位。目前太陽電池的製作仍存在低轉換效率及成本 過高之問題，在製程設備 需求上尤其龐大，不是一般高中校內實驗所能做到。故本實驗利用 目前半導體界正大力發展且成本極為低廉的溶膠-凝膠法(sol-gel technique))來製作太陽電池二 極體薄膜，以期研發出替代單晶、多晶矽及非晶矽的太陽電池板。 ZnO 及 TiO2 為一光敏感 N-型半導體材料，它能利用光的照射產生導電電子而形成光信 號訊號。我們利用粉體加水凝膠法在導電玻璃基板上生長 TiO2 極微粒多晶體膜 (narosubgrain crystal)並製作成太陽電池膜(solar cell film) ，另外本團隊新近亦開始在塑膠基板上利用低溫溶 膠法沉積生長 ZnO 薄膜。在這一套自行設計的二極體薄膜結構中，我們須配合取自天然界的 染色子(dye)的加入，染色子扮演著中介的角色，為一種光敏物質，當照光時染色子會促使 TiO2 膜所產生電子—電洞對(electron-hole pair) ，經由光敏物質所提供較小能隙(band gap)之躍遷路 徑，它因此建立自己的一套導電理論機制。 其中的一種新法中的低溫溶膠法在塑膠基板上從事長晶工作，受限於塑膠基板熔點低(80 ~ 120C) ，所以本低溫溶膠法沉積生長Zn