應用於染料敏化太陽能電池之二氧化鈦薄膜電極製程及研究

Study and preparation of TiO2 thin films electrode for dye-sensitized solar cell

林昱綸(Yu-Lun Lin)

指導教授 ： 林俊良

共同指導教授 ： 甘廣宙(Kwang-Jow Gan)

崑山科技大學/工程學院/電子工程研究所/碩士(2008年)

摘要

本研究利用溶膠-凝膠法(sol-gel method)製備染料敏化太陽能電池二氧化鈦（TiO2）薄膜電極，主要之研究項目有：（I）探討不同鍛燒溫度參數，（II）探討於 TiO2 薄膜摻雜不同含量 Fe3+ 的結構特性，（III）探討鍛燒對染料吸附後特性之影響，（IV）測量封裝後之染料敏化太陽能電池之光電轉換效率。
經由 XRD、SEM 與 AFM鑑定可知二氧化鈦薄膜在不同溫度下皆呈現銳鈦礦(Anatase)結晶相，且隨著溫度上升，其表面粗糙度也隨之上升。二氧化鈦薄膜摻雜 Fe3+ 後結晶性、表面粗糙度與晶粒尺寸皆有下降的趨勢。
由 UV-VIS 光譜儀分析後得知，粗糙度提升有助於染料的吸附，使薄膜光吸收波長往可見光區偏移；此外 TiO2 薄膜隨著 Fe3+ 含量的增加，光吸收波長也有往可見光偏移的趨勢，但因較低的粗糙度，導致染料吸附不易。
由量測結果顯示，未摻雜之 TiO2 薄膜電極其光電轉換效率是0.029%，隨著 Fe3+ 含量的增加，光電轉換效率有下降的趨勢。原因為 TiO2 薄膜摻雜 Fe3+ 後，比表面積下降，造成染料吸附不易，電解液難以擴散，影響效率。

關鍵字

二氧化鈦 ； 染料敏化太陽能電池 ； 溶膠-凝膠法

並列摘要

In this research, the fabrication technique of Titanium dioxide (TiO2) thin film electrodes by sol-gel method, which applied in dye-sensitized solar cell (DSSC) . The main items include：（I）determining the temperature range for calcinations process ,（II）determining the doped Fe3+ of TiO2 thin films electrode,（III）investigating the effect of calcination the TiO2 thin film after adsorption of dye ,（IV） testing the photovoltaic efficiency of the DSSC.
After being calcination at different temperature, by XRD, SEM, and AFM images, all the films obtain Anatase phase, and the roughness increase with the increase in calcination temperature. After Fe3+ doped TiO2 thin films , the crystalline、roughness and grain size is decreasing.
The absorption spectrum of the films was studied by UV-Visible spectroscopy , roughness increase with the increase in adsorption of dye , the absorption edge shift to visible light area；When TiO2 thin films doped Fe3+ concentration increase, the absorption edge also shift to visible light area, but lower roughness to cause the dye absorption hard.
In the devices, produced TiO2 thin films and doped different concentration Fe3+, respectively. The experiment data demonstrated un-doped TiO2 thin films efficiency is 0.029%, Fe3+ concentration increase with the decreasing efficiency. Because after TiO2 thin films doped Fe3+ , specific area decreasing , to cause the dye absorption hard , the electrolyte hard to diffuse , .influence efficiency.

並列關鍵字

TiO2 ； dye-sensitized solar cell ； sol-gel method

參考文獻

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