添加層狀雙氫氧化物於膠態染料敏化太陽能電池之應用

賀煦雯

指導教授 ： 呂世源

國立清華大學/工學院/化學工程學系/碩士(2013年)

摘要

液態電解液所組成的染料敏化太陽能電池(Dye-sensitized solar cells, DSSC)長期以來，有易揮發、漏液、長效性不佳的缺點。因此，希望以膠態電解質或固態電解質來取代之。固態電解質長久以來都有與光電極接觸不良，使得光電轉換效率無法明顯提升的問題。近年來，膠態電解質已在DSSC上有很好的應用，相較於固態，膠態電解質與光電極的接觸性較佳，因此，本實驗選擇以膠態電解質做為研究方向。
本研究中，使用屬於陰離子型黏土的層狀材料：Layered Double Hydroxides (LDH)。分別利用分離成核熟化法及低過飽和沉澱法合成ZnAl-CO3與ZnAl-Cl作為PVDF-HFP膠態電解質之添加劑。在電池效率方面，液態DSSC電池效率可達8.13 %，添加10 wt%PVDF-HFP之高分子DSSC電池效率為7.48 %，而添加1 wt%的ZnAl-CO3/PVDF-HFP(後面文章皆把PVDF-HFP部分省略，以簡化文章篇幅)後其效率可達8.11 %；0.5 wt%的ZnAl-Cl/PVDF-HFP(同前)後其效率可達8.11 %，其效率與液態DSSC相近。並在VOC方面有顯著的增益，液態DSSC電池之VOC為0.74 V，添加10 wt% PVDF-HFP之高分子DSSC電池之VOC為0.74 V，而添加1 wt%的ZnAl-CO3後其VOC可達0.79 V；1 wt%的ZnAl-Cl之VOC可達0.79 V。經由電化學交流阻抗與傳輸線模型分析可知，當VOC提升時，再結合電阻較大，且電子壽命增加，證明此添加物可減少電子的再結合現象。另外，經由cyclic voltammetry (CV)分析，發現其電解質的氧化還原位置有明顯地往正電位移動，應是造成VOC增加的原因之一。而在長效性測試方面，以500小時為量測基準下，10 wt% PVDF-HFP條件之電池之長效為原始的101.8 %；而液態電解液電池，經過480小時後，其效率為初始的91.9 %。而最低添加比例0.25 wt%的ZnAl-CO3與ZnAl-Cl的電池長效性分別可維持原來效率的96 %與99 %的表現，表示微量添加ZnAl-LDH仍有助益。

關鍵字

染料敏化太陽能電池 ； 膠態電解質 ； 層狀雙氫氧化物

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