以脈衝雷射沉積技術成長高效率染料敏化太陽能電池所需的最佳化多孔性結構二氧化鈦薄膜

Using Pulsed Laser Deposition for Growing TiO2 Mesoporous Films with Structures Optimized for Increasing the Efficiency of Dye-Sensitized Solar Cells

蘇湘太(Su, Siang Tai)

指導教授 ： 林俊元

國立中正大學/理學院/物理學系/碩士(2013年)

摘要

染料敏化太陽能電池是利用染料吸附在二氧化鈦光電極上，來使光的吸收波段可以從紫外光波段延伸到可見光波段來提升轉換效率，因此二氧化鈦層的比表面積越高就代表可以吸附更多的染料來增加光電流。同時也需要有適當的孔洞大小來讓染料吸附後仍能讓電解液在裡面快速地流通，加快染料還原的速率。此外二氧化鈦的結晶性以及顆粒間的接合越好也會降低等效電路的阻抗，使電子的收集效率提高。
本實驗是使用脈衝雷射沉積(pulsed laser deposition, PLD)技術來成長具有高比表面積及多孔性結構的二氧化鈦薄膜，利用調整雷射通量(laser fluence)以及氧氣壓力來調控二氧化鈦薄膜的奈米結構。本實驗成功的做出具有高比表面積以及適當孔洞大小的二氧化鈦薄膜。
此外本實驗也釐清了脈衝雷射沉積技術裡一部份實驗參數對於薄膜表面形態的影響。

關鍵字

二氧化鈦 ； 脈衝雷射沉積 ； 染料敏化太陽能電池

並列摘要

Growth of nanostructured anatase TiO2 thin film with pulsed laser deposition and post annealing：
- Increasing the specific surface area while with appropriate pore size by producing the particles with nanometer-scale sizes (20 ~ 30 nm).
- Producing nanometer-scale (~ 10 nm) canals within TiO2 thin film.
- Enhancing the crystallinity (anatase) of TiO2 thin film.
- Increasing the electromechanical bonding between TiO2 nanoparticles.

並列關鍵字

dye-sensitized solar cells ； TiO2 ； pulsed laser deposition ； DSSC

參考文獻

[3] Wikipedia, 染料敏化太陽能電池。

[4] Michael Grätzel et al., Nature 414 (2001), 338–344

[5] Brain E. Hardin et al., Nature Photonics 6 (2012), 162-169

[6] A. Hagfeldt et al., Sol. Energy Mater.Sol.Cells 31(1994), 481-488

[10] Robert Eason, Pulsed Laser Depsotion of Thin Films.