1、染料敏化太陽電池實作體驗染料敏化太陽電池實作體驗內湖高工內湖高工華梵大學華梵大學 電子工程學系電子工程學系副教授副教授 陳淮義陳淮義99年度能源國家型科技人才培育計畫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太陽光電科技人才培育資源中心 2011年年6月月9日日內容大綱內容大綱 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2太陽光輻射強度頻譜密度太陽光輻射強度頻譜密度3太陽電池材料種類太陽電池材料種類4太陽電池應用太陽電池應用5消費性電子產品都市建築發電系統公用交通建築交通運輸
2、獨立發電系統太陽能發電廠染料敏化太陽電池仿生構想染料敏化太陽電池仿生構想 綠色植物光合作用現象6Chl:葉綠素(Chlorophyll)染料敏化太陽電池結構染料敏化太陽電池結構7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）光導電極（工作電極）輔助電極（對向電極）輔助電極（對向電極）註：註：染料敏化太陽電池染料敏化太陽電池(Dye-Sensitized Solar Cells:簡稱簡稱 DSSC)染料敏化太陽電池操作原理染料敏化太陽電池操作原理8E1:TiO2傳導帶能階E2:電解質位能LUMO：最低未佔據分子
3、軌域HOMO：最高已佔據分子軌域22333 21 223 2*()/ShvSSTiOe TiOSSISIIeSI（工作電極）（對向電極）太陽電池電流太陽電池電流-電壓特性電壓特性9Pm:最大輸出電功率最大輸出電功率 Vm:最大輸出電功率對應電壓最大輸出電功率對應電壓 Im:最大輸出電功率對應電流最大輸出電功率對應電流Voc:開路電壓開路電壓 Isc:短路電流短路電流VocVmIscImPm 能量轉換效率()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)太陽電池效率相關參數太陽電池效率相關參數10100%100%mm
4、mininPVIPPmmmocscocscPVIFFVIVI染料敏化太陽電池實作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11染料敏化太陽電池實作染料敏化太陽電池實作(2/8)二氧化鈦漿料製備(a)依序加入水 50ml 及 冰醋酸2ml(b)加入奈米級二氧化 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12染料敏化太陽電池實作染料敏化太陽電池實作(3/8)二氧化鈦光導電極製備(a)以酒精與丙
5、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(c)撕下膠帶(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13染料敏化太陽電池實作染料敏化太陽電池實作(4/8)染料溶液製備(a)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14染料敏化太陽電池實作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 以丙酮與酒精溶液於超音
6、波水槽內震洗FTO玻璃基板 決定導電面 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 15染料敏化太陽電池實作染料敏化太陽電池實作(6/8)電解質溶液製備(a)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16染料敏化太陽電池實作染料敏化太陽電池實作(7/8)元件封裝(a)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(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(b)於電極間注入電 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17染料敏化太陽電池實作染料敏化太陽電池實作(8/8)轉換效率電性量測0.00.10.20.30.40.50.60.70.00.20.40.60.81.01.21.4 Current(mA)Voltage(V)I-V CurveVoc=0.602 VIsc=1.17 mAVm=0.442 VIm=0.76 mAFF=0.477=0.162%1819
