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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1 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

2 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

3 太陽光輻射強度頻譜密度

4 太陽電池材料種類

5 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

6 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)

7 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)

8 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）

9 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

10 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)

11 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

12 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

13 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

14 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

15 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

16 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

17 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

18 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%

19 謝謝指教