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專題老師:陳龍泉 學生:張家碩 日期:一百年一月八號
崑山科技大學高分子材料系 氧化物及電解液系統對AgInSe2光敏化太陽能電池效率的影響 專題老師:陳龍泉 學生:張家碩 日期:一百年一月八號 2019/4/11
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一、摘要 2019/4/11
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半導體敏化式太陽能電池(SSSC): 1.本實驗利用電化學沉積法於ITO-氧化物上成長AgInSe2應用於半導體敏化式太陽能電池，討論氧化物及電解質變數對SSSC效能的影響。 2.量測光電轉換效率、XRD、SEM、UV-Vis，討論物理性質並應用於半導體敏化式太陽能電池。 2019/4/11
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二、前言 2019/4/11
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由於化石燃料大量的使用，排放過多的溫室氣體，因此尋找乾淨的再生能源是迫在眉睫之工作。
染料敏化太陽能電池(DSSC)，利用染料當光敏化劑，由染料覆蓋著二氧化鈦奈米粒子，染料分子吸收太陽光，但在太陽光長期照射下也會有分解之虞，染料在DSSC系統上成本依然偏高，由於染料開發不易，且價格昂貴。利用半導體量子點或薄層結構為光敏化劑，此系統稱為semiconductor-sensitized solar cells，簡稱SSSC。 2019/4/11
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SSSC: 優點 光吸收度大於染料 較高的穩定度 吸光範圍大於染料 產生多重的激子
因此本實驗中運用電化學沉積方式，將AgInSe2成膜於ITO-氧化物上，討論 氧化物及電解質對光電轉換效率之影響。 2019/4/11
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三、實驗步驟 2019/4/11
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煅燒溫度，每分鐘升溫1℃至450℃，持溫30min。 電沉積AgInSe2薄膜
基板前的處理 製備電解質AgInSe2 利用旋轉塗佈法製備氧化物底材 Ag2NO3 3mM+InNO3 3.5mM+ SeO2 4mM Degas 30min 煅燒溫度，每分鐘升溫1℃至450℃，持溫30min。 電沉積AgInSe2薄膜 XRD SEM UV-Vis 分析與鑑定 煅燒溫度，每分鐘升溫1℃至250℃，持溫60min。 SEM 光電流量測 結果與討論 光電極組裝 結果與討論 2019/4/11
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四、材料與藥品 2019/4/11
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五氧化二鈮 Nb2O5 (Niobium(V)oxide,-325mesh,99.9%)
二氧化鈦 (P25) 二氧化鈦 (ST-01) 五氧化二鈮 Nb2O5 (Niobium(V)oxide,-325mesh,99.9%) 二氧化錫 SnO2 (Tin(IV)oxide,nanopowder,<100nm(BET) 氧化鋅 ZnO (Zinkoxid,99.0%) 異丙醇鈦 (Titanium (IV) isopropoxide，TTIP) 乙醯丙酮 Acetylacetone,AcAc (99.00%，Fluka) 無水乙醇 C2H5OH (Ethanol),95% 硝酸銀 AgNO3(Silver nitrate,99.50%) 硝酸銦 In(NO3)3(indium nitrate,99.99%) 二氧化硒 O2Se(Selenium(IV)oxide,99.8%) 硝酸鉀 KNO3 (Potassium Nitrate,99.0%,日本試藥) 三乙醇胺 N(CH2CH2OH3)3,TEA (99.00%，Merck) 硝酸 HNO₃ (nitric acid) 2019/4/11
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四氟硼酸硝酸 NOBF4 (99.00%，Panreck)
硝酸鈷 Co(NO3)3 (99.00%，Merck) 過氯化鋰 LiClO4 (99.00%，日本試藥) 四氟硼酸硝酸 NOBF4 (99.00%，Panreck) 碳酸乙烯酯 Ethylene carbonate,EC (99.00%，Merck) 4-叔丁基吡啶 4-tert butylpyridine,TBP (99.00%，Aldrich) 乙腈 Acetonirile (99.99%，Merck) 鍍銦錫氧化物玻璃基板 ITO (Indium-doped tin oxide(SnO2:In)，Gem Tech.)8Ω/square 2019/4/11
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五、結果與討論 2019/4/11
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XRD結構分析 圖1.P25、ST-01、Nb2O5、SnO2、ZnO之XRD圖譜 2019/4/11
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SEM表面觀察分析 (a) (b) 圖2.(a)P25旋轉塗佈於ITO基板上(b)在P25上電沉積AgInSe2 2019/4/11
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(b) (a) 圖3.(a)ST-01旋轉塗佈於ITO基板上(b)在ST-01上電沉積AgInSe2 2019/4/11
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(b) (a) 圖4.(a)Nb2O5旋轉塗佈於ITO基板上(b)在Nb2O5上電沉積AgInSe2 2019/4/11
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(b) (a) 圖5.(a)SnO2旋轉塗佈於ITO基板上(b)在SnO2上電沉積AgInSe2 2019/4/11
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(b) (a) 圖6.(a)ZnO旋轉塗佈於ITO基板上(b)在ZnO上電沉積AgInSe2 2019/4/11
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UV-Vis紫外光光譜分析 (b) (a) 圖8.(a)P25 K-M圖 公式:(1- R∞)2/2R∞求出K-M值 能隙約為3.44eV及3.26eV附近 圖(b)P25直接能隙之圖譜 公式:(αhν)2= A(hν-Eg) 能隙約為3.21eV及3.41eV附近 2019/4/11
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(a) (b) 圖8.(a)ST-01 K-M圖 能隙約為3.26eV附近 圖(b)ST-01直接能隙之圖譜 能隙約為3.20eV附近
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(a) (b) 圖9.(a)Nb2O5 K-M圖 能隙約為3.44eV及3.22eV附近 圖(b)Nb2O5直接能隙之圖譜
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(a) (b) 圖10.(a)SnO2 K-M圖 能隙約為3.65eV附近 圖(b)SnO2直接能隙之圖譜 能隙約為3.62eV附近
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(a) (b) 圖11.(a)ZnO K-M圖 能隙約為3.22eV附近 圖(b)ZnO直接能隙之圖譜 能隙約為3.15eV附近
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光電轉換效率的量測 圖12. Co2+濃度對I-V轉換效率的影響 2019/4/11 [Co2+],M Voc(V) Jsc(mA/cm2)
F.F. η(%) 0.05 0.70 0.030 0.32 0.0067 0.1 0.71 0.015 0.40 0.0042 0.3 0.76 0.037 0.31 0.0088 0.5 0.73 0.066 0.37 0.018 圖12. Co2+濃度對I-V轉換效率的影響 2019/4/11
![光電轉換效率的量測 圖12. Co2+濃度對I-V轉換效率的影響 2019/4/11 [Co2+],M Voc(V) Jsc(mA/cm2)](http://slidesplayer.com/slide/16354522/95/images/24/%E5%85%89%E9%9B%BB%E8%BD%89%E6%8F%9B%E6%95%88%E7%8E%87%E7%9A%84%E9%87%8F%E6%B8%AC+%E5%9C%9612.+Co2%2B%E6%BF%83%E5%BA%A6%E5%B0%8DI-V%E8%BD%89%E6%8F%9B%E6%95%88%E7%8E%87%E7%9A%84%E5%BD%B1%E9%9F%BF+2019%2F4%2F11+%5BCo2%2B%5D%2CM+Voc%28V%29+Jsc%28mA%2Fcm2%29.jpg "F.F. η(%) 圖12. Co2+濃度對I-V轉換效率的影響. 2019/4/11.")
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圖13.不同Co2+/Co3+比例的電解液對I-V轉換效率的影響
[Co2+],M [Co3+],M Voc(V) Jsc(mA/cm2) F.F. η(%) 0.297 0.003 0.62 0.12 0.34 0.026 0.288 0.012 0.67 0.14 0.32 0.030 0.279 0.021 0.75 0.19 0.26 0.038 0.273 0.027 0.57 0.20 0.33 0.039 0.270 0.48 0.15 0.35 0.025 圖13.不同Co2+/Co3+比例的電解液對I-V轉換效率的影響 2019/4/11
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圖14.氧化物對I-V轉換效率的影響 2019/4/11 Voc(V) Jsc(mA/cm2) F.F. η(%) ZnO 0.71
0.19 0.26 0.035 SnO2 0.65 0.13 0.27 0.024 P25 0.83 0.14 0.33 0.039 Nb2O5 0.60 0.17 0.36 0.038 ST-01 0.57 0.20 圖14.氧化物對I-V轉換效率的影響 2019/4/11
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圖15.浸泡時間對I-V轉換效率的影響 2019/4/11 Time Voc(V) Jsc(mA/cm2) F.F. η(%) 1min
0.57 0.20 0.33 0.039 15min 0.76 0.16 0.45 0.056 30min 0.71 0.11 0.026 60min 0.59 0.13 0.26 0.020 圖15.浸泡時間對I-V轉換效率的影響 2019/4/11
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圖16.煅燒溫度對I-V轉換效率的影響 2019/4/11 T(℃) Voc(V) Jsc(mA/cm2) F.F. η(%) 350℃
0.66 0.075 0.29 0.014 450℃ 0.57 0.20 0.33 0.039 550℃ 0.12 0.31 0.021 ℃ ℃ ℃ 圖16.煅燒溫度對I-V轉換效率的影響 2019/4/11
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圖17.氧化物層數對I-V轉換效率的影響 2019/4/11 Voc(V) Jsc(mA/cm2) F.F. η(%) 1層 0.66
0.13 0.38 0.032 2層 0.57 0.20 0.33 0.039 3層 0.63 0.084 0.40 0.021 層 層 層 圖17.氧化物層數對I-V轉換效率的影響 2019/4/11
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六、結論 2019/4/11
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1. 由UV-Vis分析結果得知P25樣品能帶間隙為3. 41eV及3. 21eV、ST-01樣品能帶間隙為3
1.由UV-Vis分析結果得知P25樣品能帶間隙為3.41eV及3.21eV、ST-01樣品能帶間隙為3.20eV、Nb2O5樣品能帶間隙為3.10eV及3.35eV、SnO2樣品能帶間隙為3.62eV、ZnO樣品能帶間隙為3.15eV。 2.在鈷離子濃度為0.3M時，Co2+:0.273M、Co3+:0.027M，有最好的光電轉換效率。 3.在測試的5個氧化物中，P25效率最好為0.039%與最差為SnO2效率0.023%，且前者效率較後者效率增加60%。 4.電沉積AgInSe2前浸泡時間，最佳效率為浸泡15min之樣品，其效率可達0.056%，1min之樣品只有0.039%。 5.450℃為ITO-TiO2樣品的最佳煅燒溫度，顯現最高的光催化性能。 6.塗佈2層為ITO-TiO2樣品的最佳層數，顯現最高的光催化性能。 2019/4/11
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七、參考文獻 2019/4/11
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[1] 陳陵援，溫室氣體減量壓力對台灣產業發展的淺在衝擊，工研院簡報，2004 [2] M
[1] 陳陵援，溫室氣體減量壓力對台灣產業發展的淺在衝擊，工研院簡報，2004 [2] M. Grätzel, Powering the planet ,Nature. 403, 363, [3] 98全國能源會議 能源科技與產業發展核心議題總結報告 [4] D. M. Chapin, C. S. Fuller, G. L. Pearson, J. Appl Phys. A New Silicon pn Junction Photocell for Converting Solar Radiation into Electrical Power.25,676, [5] H. Tsubomura, M. Matsumura, Y. Nomura, T. Amamiya, Dye sensitised zinc oxide: aqueous electrolyte: platinum photocell,Nature.261,402,1976. [6] B. O'Regan, M. Grätzel, A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films,Nature.353, 737, [7] M. K. Nazeeruddin, F. D. Angelis, S. Fantacci, A. Selloni, G. Viscardi, P. Liska, S. Ito, B. Takeru, M. Grätzel,, J. Am. Chem. Combined Experimental and DFT-TDDFT Computational Study of Photoelectrochemical Cell Ruthenium Sensitizers Soc.127, 16835,2005. [8] 2019/4/11
![[1] 陳陵援，溫室氣體減量壓力對台灣產業發展的淺在衝擊，工研院簡報，2004 [2] M](http://slidesplayer.com/slide/16354522/95/images/33/%5B1%5D+%E9%99%B3%E9%99%B5%E6%8F%B4%EF%BC%8C%E6%BA%AB%E5%AE%A4%E6%B0%A3%E9%AB%94%E6%B8%9B%E9%87%8F%E5%A3%93%E5%8A%9B%E5%B0%8D%E5%8F%B0%E7%81%A3%E7%94%A2%E6%A5%AD%E7%99%BC%E5%B1%95%E7%9A%84%E6%B7%BA%E5%9C%A8%E8%A1%9D%E6%93%8A%EF%BC%8C%E5%B7%A5%E7%A0%94%E9%99%A2%E7%B0%A1%E5%A0%B1%EF%BC%8C2004+%5B2%5D+M.jpg "[1] 陳陵援，溫室氣體減量壓力對台灣產業發展的淺在衝擊，工研院簡報，2004 [2] M. Grätzel, Powering the planet ,Nature. 403, 363, [3] 98全國能源會議 能源科技與產業發展核心議題總結報告 [4] D. M. Chapin, C. S. Fuller, G. L. Pearson, J. Appl Phys. A New Silicon pn Junction Photocell for Converting Solar Radiation into Electrical Power.25,676, [5] H. Tsubomura, M. Matsumura, Y. Nomura, T. Amamiya, Dye sensitised zinc oxide: aqueous electrolyte: platinum photocell,Nature.261,402,1976. [6] B. O Regan, M. Grätzel, A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films,Nature.353, 737, [7] M. K. Nazeeruddin, F. D. Angelis, S. Fantacci, A. Selloni, G. Viscardi, P. Liska, S. Ito, B. Takeru, M. Grätzel,, J. Am. Chem. Combined Experimental and DFT-TDDFT Computational Study of Photoelectrochemical Cell Ruthenium Sensitizers Soc.127, 16835,2005. [8] /4/11.")
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[9] G. Hodes, J. Phys. Chem. C. Comparison of Dye- and Semiconductor-Sensitized Porous Nanocrystalline Liquid Junction Solar Cells.112,17778,2008. [10] 何宜璟，電沉積AgInSe2應用於敏化太陽能電池，碩士論文，崑山科技大學，2010. [11] 汪仕欣，銦錫氧化物摻雜二氧化鈦電極於染料敏化太陽能電池之研究，大學論文，崑山科技大學，2009. [12] 林亞文，銦錫氧化物修飾二氧化鈦光觸媒之性質及活性研究，大學論文，崑山科技大學，2009. [13] 林冠維，奈米碳管摻雜二氧化鈦電極於染料敏化太陽能電池之研究，大學論文，崑山科技大學，2009. 2019/4/11
![[9] G. Hodes, J. Phys. Chem. C. Comparison of Dye- and Semiconductor-Sensitized Porous Nanocrystalline Liquid Junction Solar Cells.112,17778,2008. [10] 何宜璟，電沉積AgInSe2應用於敏化太陽能電池，碩士論文，崑山科技大學，2010. [11] 汪仕欣，銦錫氧化物摻雜二氧化鈦電極於染料敏化太陽能電池之研究，大學論文，崑山科技大學，2009. [12] 林亞文，銦錫氧化物修飾二氧化鈦光觸媒之性質及活性研究，大學論文，崑山科技大學，2009. [13] 林冠維，奈米碳管摻雜二氧化鈦電極於染料敏化太陽能電池之研究，大學論文，崑山科技大學，2009.](http://slidesplayer.com/slide/16354522/95/images/34/%5B9%5D+G.+Hodes%2C+J.+Phys.+Chem.+C.+Comparison+of+Dye-+and+Semiconductor-Sensitized+Porous+Nanocrystalline+Liquid+Junction+Solar+Cells.112%2C17778%2C2008.+%5B10%5D+%E4%BD%95%E5%AE%9C%E7%92%9F%EF%BC%8C%E9%9B%BB%E6%B2%89%E7%A9%8DAgInSe2%E6%87%89%E7%94%A8%E6%96%BC%E6%95%8F%E5%8C%96%E5%A4%AA%E9%99%BD%E8%83%BD%E9%9B%BB%E6%B1%A0%EF%BC%8C%E7%A2%A9%E5%A3%AB%E8%AB%96%E6%96%87%EF%BC%8C%E5%B4%91%E5%B1%B1%E7%A7%91%E6%8A%80%E5%A4%A7%E5%AD%B8%EF%BC%8C2010.+%5B11%5D+%E6%B1%AA%E4%BB%95%E6%AC%A3%EF%BC%8C%E9%8A%A6%E9%8C%AB%E6%B0%A7%E5%8C%96%E7%89%A9%E6%91%BB%E9%9B%9C%E4%BA%8C%E6%B0%A7%E5%8C%96%E9%88%A6%E9%9B%BB%E6%A5%B5%E6%96%BC%E6%9F%93%E6%96%99%E6%95%8F%E5%8C%96%E5%A4%AA%E9%99%BD%E8%83%BD%E9%9B%BB%E6%B1%A0%E4%B9%8B%E7%A0%94%E7%A9%B6%EF%BC%8C%E5%A4%A7%E5%AD%B8%E8%AB%96%E6%96%87%EF%BC%8C%E5%B4%91%E5%B1%B1%E7%A7%91%E6%8A%80%E5%A4%A7%E5%AD%B8%EF%BC%8C2009.+%5B12%5D+%E6%9E%97%E4%BA%9E%E6%96%87%EF%BC%8C%E9%8A%A6%E9%8C%AB%E6%B0%A7%E5%8C%96%E7%89%A9%E4%BF%AE%E9%A3%BE%E4%BA%8C%E6%B0%A7%E5%8C%96%E9%88%A6%E5%85%89%E8%A7%B8%E5%AA%92%E4%B9%8B%E6%80%A7%E8%B3%AA%E5%8F%8A%E6%B4%BB%E6%80%A7%E7%A0%94%E7%A9%B6%EF%BC%8C%E5%A4%A7%E5%AD%B8%E8%AB%96%E6%96%87%EF%BC%8C%E5%B4%91%E5%B1%B1%E7%A7%91%E6%8A%80%E5%A4%A7%E5%AD%B8%EF%BC%8C2009.+%5B13%5D+%E6%9E%97%E5%86%A0%E7%B6%AD%EF%BC%8C%E5%A5%88%E7%B1%B3%E7%A2%B3%E7%AE%A1%E6%91%BB%E9%9B%9C%E4%BA%8C%E6%B0%A7%E5%8C%96%E9%88%A6%E9%9B%BB%E6%A5%B5%E6%96%BC%E6%9F%93%E6%96%99%E6%95%8F%E5%8C%96%E5%A4%AA%E9%99%BD%E8%83%BD%E9%9B%BB%E6%B1%A0%E4%B9%8B%E7%A0%94%E7%A9%B6%EF%BC%8C%E5%A4%A7%E5%AD%B8%E8%AB%96%E6%96%87%EF%BC%8C%E5%B4%91%E5%B1%B1%E7%A7%91%E6%8A%80%E5%A4%A7%E5%AD%B8%EF%BC%8C2009..jpg "2019/4/11.")
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報告結束 謝謝各位 2019/4/11
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