二氧化鈦奈米顆粒複合高分子電解質在染料敏化太陽能電池上的應用

Nanoparticles doped polymer gel electrolyte for dye-sensitized solar cells application

俞曉茹(Hsiao -Ju Yu)

指導教授 ： 開執中 ； 陳福榮

國立清華大學/原子科學院/工程與系統科學系/碩士(2009年)

摘要

摘要
本實驗研究膠態電解質對於取代液態電解質應用在染料敏化太陽能電池的光電效能。將二氧化鈦奈米顆粒(TiO2 nanoparticle，5nm，S.A.200~220m2/g)添加到 PAA-PEG高分子，利用刮刀塗佈法(doctor blading)製備PAA-PEG-TiO2 NP高分子薄膜，吸附0.5M NaI、0.1M I2、0.4M PY 溶於 30% NMP + 70% GBL的混合有機溶劑電解液，形成熱固性膠態電解質(thermosetting gel electrolyte，TSGEs)。透過熱重分析儀(TGA)的分析，得知薄膜因為TiO2 NP的存在提高機械強度以及熱穩定性。利用交流阻抗分析儀(AC-impedance )得到當TiO2 NP添加量為5wt%，最高吸附度為5.22，而離子導電度則從2.77 m S/cm提升至3.2 mS/cm，證明添加奈米顆粒皆有助於創造可移動性(transportable)的離子、增加離子的傳輸性。
由於染料敏化太陽能電池元件為三明治結構，而膠態電解質的離子擴散阻抗值大，影響到整體光電轉換效率的輸出，所以我們藉由添加奈米顆粒到膠態電解質中，形成複合高分子電解質來改善電解質的導電度。當TiO2 NP添加量為5wt% 與未添加TiO2 NP 的PAA-PEG 高分子膠態電解質相比較時，電池元件的JSC 、FF and η分別增大61%、8% 和 70%，明顯改善電池的光電性能。由實驗結果顯示，電池的短路電流密度明顯的從8.77mAcm−2 提升到14.11mAcm−2 ，而且效率也從3.2%(0wt% TiO2 NP)升高至5.44% (5wt% TiO2 NP)。最後，將電池元件保存在室溫下30℃，並做長期效率的追蹤量測，當 TiO2 NP的添加量為5wt%，而保存時間大於1500小時以上，效率仍維持著，呈現出最好的穩定性，確實改善液態電解質的缺點。

關鍵字

複合高分子 ； 膠態電解質 ； 二氧化鈦 ； 染料敏化太陽能電池

並列摘要

無資料

並列關鍵字

Polymer ； gel electrolyte ； titanium dioxide ； dye-sensitized solar cells

參考文獻

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