臺灣博碩士論文加值系統

本研究以天然染料作為染料敏化太陽能電池的光敏化劑，實驗當中，使用桑葚及紫甜椒萃取花青素染料，甜菜紅素染料則是以火龍果提煉而成，而後將萃取出來的溶液以調製雞尾酒方式將桑葚作為基底依體積比例混和於丙酮及純水溶劑中，在參數上進行許多調整測試並達到最佳條件。
對於工作電極而言，染料的吸附在24小時及3小時相比，24小時的吸附量更為許多，而厚度方面，5μm與18μm相比，18μm的浸漬染色也更為明顯。
電池工作電極使用P25 TiO_2粉末以刮刀塗佈法製備出不同薄膜厚度，對電極以濺鍍法在ITO玻璃上濺鍍一層約1nm的白金薄膜。藉由吸收光譜UV-VIS發現，隨著膜厚增加，其吸收強度明顯增加，浸泡時間的增加也有助於吸光率的提升，但兩者皆有衰退的現象，膜厚方面，從23μm時開始衰退，這是因為膜厚過厚導致電子在傳輸路徑方面不順利，導致整體性能下降，浸泡時間則是因為染料會隨著時間增加，氧氣使天然色素氧化導致變質，使穩定性下降。當膜厚在大約18μm及浸泡時間24小時效率達到最好，以桑葚及火龍果組合的雞尾酒染料，短路電流(Isc)從3hr的0.20mA提升至0.31mA，膜厚方面，從5μm的0.19mA提升至18μm的0.31mA，而桑葚及紫甜椒為底的雞尾酒染料，短路電流(Isc)從3hr的0.22mA提升至0.41mA，膜厚方面，從5μm的0.21mA提升至18μm的0.41mA。桑葚及火龍果組合中，效率為0.40%，在桑葚及紫甜椒組合中，效率達到0.52%。

In this paper, natural dyes were extracted from mulberry, dragon fruit and purple sweet pepper and were used as photosensitizers for dye-sensitized solar cells. We mixed Acetone and water in an appropriate ratio, and prepared DSSC with different film thickness using doctor blade method. In order to improve the performance of the battery, the dyes were mixed in cocktail way. The results showed that mixing dragon fruit and purple sweet pepper, with 18 μm TiO2 film thickness and 24 hours soaking time, the photoelectric conversion has the best efficiency. From the results of UV-Vis measurement, we can observe that the TiO2 photoanode soaked for 24hr can obtain better visible light absorption intensity, which indicates that the dye adsorption capacity is much higher. DSSC with 18μm thickness is more obvious than 5μm thickness. We observe the best photoelectric conversion: current density = 1.64ma/cm2, open circuit voltage = 0.48v, FF = 65.63%, η= 52%, which is more efficient than single dye of mulberry η= 0.14%, and IPCE increased from 25% to 45%. Therefore, we can see that cocktail dye can effectively improve the performance of DSSC.

中文摘要 ...i
Abstract...ii
以雞尾酒有機染料應用於染料敏化太陽能電池之研究...i
摘要...i
誌謝...iii
目錄...iv
表目錄...vi
圖目錄...vii
第一章 序論...1
1.1前言...1
1.2研究動機...4
第二章 理論與文獻探討...5
2.1 太陽能電池簡介...5
2.1.1太陽能電池之發電原理...5
2.1.2 大氣質量...7
2.1.3太陽能電池種類...9
2.2.1染料敏化太陽能電池發展歷史...12
2.2.2染料敏化太陽能電池結構...12
2.2.3二氧化鈦(Titanium Dioxide，TiO2)...19
2.2.4 染料敏化太陽能電池工作原理...22
2.2.5 傳輸損失機制...24
第三章 實驗步驟...25
3.1實驗藥品與儀器設備...25
3.1.1實驗藥品...25
3.1.2實驗儀器設備...27
3.1.3實驗流程圖...28
3.2實驗步驟...29
3.2.1基板製備...29
3.2.2 雞尾酒染料製備...29
3.2.3 TiO2光陽極製備...29
3.2.4白金對電極製備...30
3.2.5 電解液製備...30
3.2.6 電池封裝...30
3.3分析設備應用原理...32
3.3.1紫外光-可見光吸收光譜儀(Ultraviolet/Visible Spectrophotometer)...32
3.3.2全波段入射光電轉換效率測量儀(Incident Photon Conversion Efficiency，IPCE)... 33
3.3.3太陽能模擬器(Solar Simulator)...34
3.3.4 場發射型掃描式電子顯微鏡(Field Emission Scanning Electron Microscope,FE-SEM)...37
第四章 結果與討論...39
4.1 染料敏化太陽能電池量測分析...39
4.1.1 染料敏化太陽能電池TiO2薄膜表面型態...39
4.1.2 染料敏化太陽能電池TiO2薄膜厚度...40
4.2 TiO2吸收光譜量測...44
4.3 DSSC電池IPCE量測...46
4.4 DSSC電池效率量測...47
4.4.1 DSSC電池膜厚差之效率量測...47
4.4.2 DSSC電池浸泡時間差之效率量測...49
第五章 結論...51
未來展望...52
參考文獻...53

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