簡介奈米材料於染敏太陽電池之應用.ppt

1 簡介奈米材料於染敏太陽電池之應用IntroductionofNanomaterialsfortheApplicationofDye sensitizedSolarCells 大葉大學材料系姚品全 2009年7月9日 2 染敏太陽電池結構與原理奈米材料之應用 光電極改良奈米材料之應用 對電極改良 大綱 3 問題 A 染敏太陽電池元件結構的3要素為何 在作用原理上 與固態光伏元件 solidstatephotovoltaicdevices 最大差異為何 B 染敏太陽電池之光電極需要何種特性 還有哪些問題尚未解決 C 染敏太陽電池之對電極需要何種特性 還有哪些問題尚未解決 4 染敏太陽電池結構與原理奈米材料之應用 光電極改良奈米材料之應用 對電極改良 5 染敏太陽電池Dye SensitizedSolarCells DSSC Aseries connectedDSSCmodules 2007 4ITRI PhotonDriveHighlights 6 DSSC工作原理 illumination 7 元件結構四要素 adye coverednanocrystallineTiO2layeronatransparentconductiveoxide TCO coatedglasssubstrate 染料與光電極 aniodide triiodideredoxcoupleinanorganicsolvent 碘基電解質系統 aplatinized TCO coatedglasssubstrate 鉑系對電極 8 染料分子與半導體之鍵結型態 9 A H2O2mL B 2 4 Pentanedione PAN 0 2mL TiO24g 均勻分散後 滴入界面活性劑TritonX 1001mL 二氧化鈦漿糊完成 製作DSSC的典型製程 TiO2漿料調配 A B 反覆5次 10 清洗 吹乾 並確定那一面為導電面 TiO2漿糊 450 下加熱1小時 於導電面貼上膠帶做為模版 以玻棒沿同一方向塗抹 撕下膠帶 製作DSSC的典型製程 光電極製作 刮刀法 doctorblade 浸泡染料 11 TiO2工作電極表面形貌 大葉大學H354研究室 2009 12 製作DSSC的典型製程 對電極製作與組裝 對電極製作 組裝染敏太陽電池 注入電解質 光伏特性量測 13 染敏太陽電池結構與原理奈米材料之應用 光電極改良奈米材料之應用 對電極改良 14 改良光電極的一些措施 A 薄膜形貌與孔洞控制B 晶型控制C 電極材料選擇與改質D 新穎光電極 工作電極 元件結構 15 IncorporationofFunctionalizedCarbonNanotubes 方法策略 1 修飾工作電極工作原理 加速光生載子傳輸方法策略 2 改變染料結構工作原理 改變染料結構與光激發特性 C 電極材料選擇與改質 16 以奈米碳管修飾工作電極 ModificationofTiO2film asmallamountofa SWCNswasmixedwithP25 Degussa forpreparingtheTiO2colloidalmixture 直接摻混於TiO2結構中 17 J VcurvesofDSSCsprepared a withand b withouta SWCNsintheTiO2films filmthickness2 4 m ModificationofTiO2filmwithSWNTs 18 改良光電極的一些措施 A 薄膜形貌與孔洞控制B 晶型控制C 電極材料選擇與改質D 新穎光電極 工作電極 元件結構 19 CompactunderlayerofTiO2 J Phys Chem B2000 104 3624 3629 afewdropsofa0 01MTi OBu 4ini PrOH orTiCl4allowedtowetcompletely andallowedtoair dry ThisprocessisdesignedtocreateacompactunderlayerofTiO2adheringtotheITOelectrode 可能機制 增加導通面積加速光生載子的傳遞 D 工作電極 元件 結構改良 1 20 Actionspectraofastandardelectrode withand withoutTiCl4 constantfilmthickness 10 m constantsurfacearea 55m2 g RoleofTiCl4Post Treatment J Am Ceram Soc 80 12 3157 71 1997 21 Typicalcore sellthinfilms ZnO 200 300nm SnO2 4 10nm D 工作電極 元件 結構改良 2 22 Chargecarrierinjectionroutes 23 Whichoneisbetter 24 Chem Mater 2002 14 2930 2935 I VcharacteristicsofDSSCswithmodifiedSnO2photoelectrodesatanirradianceof1000W m2 AM1 5 lowercurvesindarkness a unmodifiedSnO2 b SnO2coatedwith40 mol m2ofZnOor0 59nm c SnO2mixedwithZnOpowder 25 一維奈米材料的優點促進光生載子分離與提昇光電子傳輸速率有助於semiconductor electrolyte界面之離子擴散文獻報告 Nanowires J Am Chem Soc 126 2004 14943 Nanorods Appl Phys Lett 87 2005 113113 Nanotubes NanoLett 6 2006 215 D 工作電極 元件 結構改良 3 26 Adv Funct Mater 2005 15 1291 方法 AnodizationofTithinfilms DC12V constantpotential 0 5 HF aceticacid 7 1Ptcountere ectrodeBathTemp 5oCThermaltreatment 450oC O2for3h Nano Lett 2006 6 215 27 Nano Lett 2006 6 215 28 Nano Lett 2006 6 215 29 染敏太陽電池結構與原理奈米材料之應用 光電極改良奈米材料之應用 對電極改良 30 DSSC對電極到底需要何種特性 mass transferoverpotential mt lossesincurredbythepassageofcurrentthroughtheelectrolyte IonicconductivityoftheelectrolyteTransportpropertiesofthemediatorskineticoverpotential ct lossesincurredbythepassageofcurrentthroughtheelectrolyte CEinterfaceTheelectro catalyticpropertiesoftheCEsurfacetowardsmediatorreduction 31 VOC 32 DSSC對電極到底需要何種特性 目前技術水準 JSC 20mA cm2 我