染料敏化太陽電池實作體驗 內湖高工 華梵大學 電子工程學系 副教授 陳淮義 2011年6月9日 99年度能源國家型科技人才培育計畫

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染料敏化太陽電池實作體驗 內湖高工 華梵大學 電子工程學系 副教授 陳淮義 2011年6月9日 99年度能源國家型科技人才培育計畫 ---太陽光電科技人才培育資源中心 華梵大學 電子工程學系 副教授 陳淮義 2011年6月9日

內容大綱 太陽光輻射強度頻譜密度 太陽電池材料種類 太陽電池應用 太陽電池電流-電壓特性與效率相關參數 染料敏化太陽電池 仿生構想 結構 操作原理 實作

太陽光輻射強度頻譜密度

太陽電池材料種類

太陽電池應用 太陽能發電廠 都市建築發電系統 消費性電子產品 公用交通建築 獨立發電系統 交通運輸

染料敏化太陽電池仿生構想 綠色植物光合作用現象 Chl: 葉綠素(Chlorophyll)

染料敏化太陽電池結構 奈米多孔性TiO2結構 銦錫氧化物(ITO)或 掺氟氧化錫(FTO) 導電玻璃 二氧化鈦 染料 電解質溶液 觸媒(白金或碳黑) 奈米多孔性TiO2結構 光導電極(工作電極) 輔助電極(對向電極) 註: 染料敏化太陽電池 (Dye-Sensitized Solar Cells: 簡稱 DSSC)

染料敏化太陽電池操作原理 E1 : TiO2傳導帶能階 E2 : 電解質位能 LUMO:最低未佔據分子軌域 HOMO:最高已佔據分子軌域 (工作電極) (對向電極)

太陽電池電流-電壓特性 Pm :最大輸出電功率 Vm :最大輸出電功率對應電壓 Im :最大輸出電功率對應電流 Voc :開路電壓 Isc: 短路電流 Voc Vm Isc Im Pm

太陽電池效率相關參數 能量轉換效率(η) 填充因子(FF: filling factor) 進入太陽電池的入射光功率(Pin)與太陽電池之最大輸出電功率(Pm)的百分比值 填充因子(FF: filling factor)

染料敏化太陽電池實作(1/8) DSSC製作流程 二氧化鈦漿料製備 二氧化鈦光導電極製備 染料溶液製備 輔助電極製備 電解質溶液製備 元件封裝 轉換效率電性量測

染料敏化太陽電池實作(2/8) 二氧化鈦漿料製備 (b)加入奈米級二氧化 依序加入水 50ml 及 冰醋酸2ml 鈦粉末 30g (c)加入調配好的乙酸 溶劑中 (d)加入界面活性劑 Triton X-100 3ml (e) 均勻攪拌 (f)完成二氧化鈦漿料

染料敏化太陽電池實作(3/8) 二氧化鈦光導電極製備 (c)撕下膠帶 (a)以酒精與丙酮交互擦 拭FTO玻璃基板且以 三用電表確定導電面 (b)於基板導電面上以玻 璃棒沿著同一方向均 勻塗抹上TiO2漿料 (d)從室溫加熱到500oC 2小時,持溫1小時 ,降溫到室溫18小時 (e)完成二氧化鈦光導 電極

染料敏化太陽電池實作(4/8) 染料溶液製備 取N3 染料2.2251 mg (b)將染料放入10 ml乙 醇溶劑中, 配製濃度 為3x10-3M的N3 染料 溶液 (c)將TiO2光導電極,浸 泡入染料溶液中12小 時,取出試片後自然 吹乾

染料敏化太陽電池實作(5/8) 輔助電極製備 FTO玻璃基板清洗 決定導電面 製作碳黑電極 以丙酮與酒精溶液於超音波水槽內震洗FTO玻璃基板 基板清洗完畢後,以氮氣槍吹乾,並用三用電表量測哪一面為導電面 製作碳黑電極 利用打火機或蠟燭的火焰於導電面上來回移動煙燻,製備碳黑輔助電極

染料敏化太陽電池實作(6/8) 電解質溶液製備 加入丙醯碳酸酯 20 ml (b)加入碘化鉀 1.66g (c)加入碘 0.254g (d)混合 (e) 均勻攪拌 (f)完成電解質溶液

染料敏化太陽電池實作(7/8) 元件封裝 (c)用AB膠將元件四周封裝起來,並以銀膠黏覆銅電極組裝完成太陽能電池元件 將吸附染料完成的 光導電極和輔助電極 對合,對合時中間以 PE膜作為間距,之後 用長尾夾固定住光導 電極和輔助電極 (b)於兩電極間注入電 解質溶液,利用毛 細現象,讓電解液 填滿電池內部,隨 後移除PE膜

染料敏化太陽電池實作(8/8) 轉換效率電性量測 Voc = 0.602 V Isc =1.17 mA Vm = 0.442 V Im = 0.76 mA FF = 0.477 η = 0.162%

謝謝指教