DISCO深論 高雄市立中正高工99 學年度學生專題製作競賽 班級：化工二忠 學號：98315107 姓名：吳昱欣 班級：化工二忠 學號：98315107 姓名：吳昱欣 班級：化工二忠 學號：98315135 姓名：劉雅幸 指導老師：蘇琪惠
壹●研究動機 (1)染敏電池不受估線角度及具可撓性是未來市場趨勢 (2)染敏電池又稱綠色電池結合環保概念，可廣用於日 常生活上 (3)希望可藉由這次的討論與實際的實驗中，找到更能 使染化敏化太陽能電池的電壓更穩定和延長發電效率 的方法。
貳●研究目的 1.封裝電池的探討 2.串聯技巧的探討 3.各種染料轉換效率的探討
参●文獻探討 染敏太陽能電池的基本原理 (一)染料受光的激發從基態躍升至激發態 (二)激發態的染料分子將電子注入至工作電極的導帶中 (三) I－離子還原氧化態染料使染料再生 (四)工作電極導帶中電子與氧化態染料的復合 (五)工作電極導帶中的電子傳至導電玻璃後而流入到外電路中 (六)導帶中傳輸的電子與進入二氧化鈦膜孔中與離子結合 (七)I－3離子會散到反電極上獲得電子後再生
肆●研究方法及過程 實驗步驟 (一) 先前準備步驟→ (1)取2片電阻為7歐姆的ITO，以洗碗精搓洗乾淨，再以酒精清 洗一次 (2)以三用電表測器導電面 (3)將導電玻璃三側分別貼上三段膠帶形成正方形 (4)將鋁箔紙包覆於倒熱板上以致受熱平均(要先調至900C預熱)
肆●研究方法及過程 實驗步驟 (二) TiO2的備製→ (5)使用100mL燒杯容器→精秤2g TiO2
肆●研究方法及過程 (7)以玻棒沾取TiO2膠體塗抹至未貼膠帶的ITO上 (8)再以載玻片使用刀刮法將TiO2膠體均勻分布在ITO上 (10)從900C開始每1分鐘將溫度上升50C烤至4500C(燒結去除有 機物) (11)烤完後塗有TiO2膠體的ITO會呈現米白色和咖啡色的孔洞 (12)自加熱板上取下，至其冷卻 (13)放入染料中浸泡24小時 (14)浸泡完畢後用鑷子小心夾起，以清水用滴管滴洗 (15)以楔型夾夾住兩側未覆蓋的導電面使用三用電表測其電流
圖三、以AB膠固定ITO的正負極，紅色部分為AB膠 伍●研究結果與討論 在一開始的實驗中，將製作好的兩片導電板以長尾夾固定，所測到 的電壓會隨著時間而逐漸下降。放了一天以後，電解質就蒸發掉了 。若改用石蠟膜包覆導電玻璃，電解質一樣會逐漸流失。改將AB膠 塗在有TiO2的導電玻璃上圍成一個正方型(圖三左)，電解質流失的 情況降低了，最後決定在導電玻璃四周再塗上一層AB膠鎖住其電解 質(圖三右)，如此一來電解質就會被完全的包覆住，不會散失掉了 。 圖三、以AB膠固定ITO的正負極，紅色部分為AB膠
伍●研究結果與討論 由表二的數據得知，各染料吸收光能的效率不同，發現藍苺的穩定性 較高，轉換效率較好，因接下來的實驗均以藍莓當做染料。 表二、兩批不同染料製成的染料敏化太陽能電池，在太陽光底下的電 壓和電流 染料 藍莓 紫高麗 花椰菜 茄子 紅鳳菜 蔓越莓 火龍果 電壓 0.387 0.360 0.381 0.309 0.000 0.116 0.005 電流 0.038 0.026 0.009 0.001 0.002 染料 藍莓 紫高麗 花椰菜 茄子 紅鳳菜 蔓越莓 火龍果 電壓 0.547 0.420 0.190 0.637 0.479 0.202 0.546 電流 0.042 0.035 0.002 0.022 0.034 0.000
伍●研究結果與討論 表四、以藍莓為染料製做三批染料敏化太陽能電池，在太陽光 底下的電壓和電流 第二批 1 2 3 4 5 6 電壓 V 0.432 0.330 0.355 0.307 0.384 0.394 電流 A 0.055 0.005 0.007 0.003 0.031 0.037 第三批 1 2 3 45 5 6 電壓 V 0.455 0.430 0.445 0.347 0.438 0.425 電流 A 0.038 0.024 0.026 0.008 0.043 0.023
伍●研究結果與討論 表五、以藍莓為染料製作染料敏化太陽能電池，在檯燈照射下 的電壓和電流 第一批 1 2 3 4 5 6 電壓 V 0.226 0.218 0.123 0.028 0.088 0.057 電流 A 0.002 0.000 0.001 0.003 第二批 1 2 3 4 5 6 電壓 V 0.284 0.214 0.253 0.202 0.224 0.177 電流 A 0.008 0.001 0.009 0.004 0.003 0.006 第三批 1 2 3 4 5 6 電壓 V 0.206 0.192 0.177 0.150 0.284 0.200 電流 A 0.005 0.001 0.003 0.007
伍●研究結果與討論 兩個電池串聯時，若以膠帶固定，實驗數據與理論數據相差不大，但 至第三個電池串聯時，數值就比預估的小很多，甚至比單個電池數據 還小。因此推測可能是串連時，膠帶較鬆，無法使ITO與ITO之間有良 好的接觸，使得電子無法順利傳遞。 使用長尾夾將電池串聯固定起來，發現2個串聯在一起時的電壓比單 個不串聯的電壓還低，因此推測夾子本身是導體，將電子傳到夾子上 ，使得電壓變小，導致測得數值較單個電池還差。 以將貼了絕緣膠帶的長尾夾，將電池串聯固定，並將ITO與ITO聯接的 地方，用2B鉛筆塗上碳層，ITO與ITO有較好的接觸效果。所測到的數 值較大也較穩定。表五為對各種串聯方式不同的比較，依數據顯示， 2B鉛筆的碳粉所測得的值較大，這其中原因包括可磨製較細緻。 表六、以第一批第1和3個太陽電池進行串聯，各種串聯方式，在檯燈照 射下的電壓和電流 實驗一 長尾夾 2B鉛筆 活性碳口罩 印表機碳粉 2B碳粉 電壓 V 0.137 0.127 0.132 0.000 0.163 電流 A 0.001
一、由圖五得知，除了花椰菜之外，第二批太陽電池的電壓均較第 一批高。可能是受到製作及封裝技巧不純熟的影響，也可能是測量 電壓的日期不同陽光強弱不能的影響。光線的強弱會影響到實驗的 數據，在陽光較大的日子所測到的電壓最高。陽光較弱時，所測到 的電壓比用檯燈測的還要小。 圖五、兩批不同染料製成的染料敏化太陽能電池，在太陽光底下的 電壓（V） 陸●結論
陸●結論 二、除了蔓越莓和花椰菜之外，在陽光較大的日子所測到的電 壓均較檯燈高。 圖六、第二批染料製成的染料敏化太陽能電池，在太陽光底下和 檯燈照射下的電壓（V）
陸●結論 三、在目前所用到的幾種植物染料中，以藍莓的效果最佳，穩 定性也較好，故選用以藍莓染料製成的太陽電池完成後續的實 驗。由於製作的技術也愈來愈純熟，在陽光較佳的日子，第三 批大部分都有0.4V以上的電壓。 圖七、以藍莓為染料製做三批染料敏化太陽能電池，在太陽光底 下的電壓（V）
陸●結論 四、以兩層AB膠固定太陽池的正負極，可將電解質完全的包覆住， 使電解質不會散失掉了。 五、在太陽光底下進行串聯數個太陽電池時，可得到2.55V的電壓 ，其驅動計算機，但無法進行運算。電壓夠大了，但是電流還是太 小。 六、以將貼了絕緣膠帶的長尾夾，將電池串聯固定，並將ITO與ITO 聯接的地方，用塗上2B鉛筆粉，所測到的電壓較大也較穩定，但電 流依然很小。 除了藍莓，是否還有其它效果更好、更容易取得的染料呢？改 變電解質或電解質濃度是否能提高發電效率？串聯的技巧仍有改善 空間，如何提高電流，讓自製的染敏太陽能電池能應用於生活的小 型電子產品，都將是我們未來努力的方向。
柒●參考文獻 一、呂宗昕。全面攻進奈米科技與太陽能電池。第3章。第99頁 。天下遠見出版股份有限公司。出版日期2009年。 二、劉明俊，染料敏化太陽電池（Dye Sensitized Solar Cell ，DSSC）染料專利現況分析與市場分析。中華智慧資產經營管 理協會。取自2009年12月19日。http://www.ipama- age.org/news/A20081204.html 三、翁敏航，染料敏化太陽能電池。第七章。第253頁。Solar Cell太陽能電池─原理、元件、材料、製程與檢測技術。台灣 東華書局股份有限公司。出版日期2010年