應用於染料敏化太陽能電池之奈米碳管/二氧化鈦奈米粒子組合電極製備

Application of carbon nanotubes/TiO2 nanoparticles composite electrode for DSSCs

張揚凱(Yang-Kai Chang)

指導教授 ： 陳福榮 ； 蔡春鴻

國立清華大學/原子科學院/工程與系統科學系/碩士(2010年)

https://doi.org/10.6843/NTHU.2010.00114

摘要

摘要
在1991年，瑞士科學家Grätzel首次將金屬釕有機配合物作為染料，吸附在採用高比表面積的二氧化鈦奈米結構多孔膜上，染料敏化太陽能電池光電轉換效率有大幅的提升，其低成本、製作簡單、不需昂貴設備等優點，吸引了眾多科學家投入研究行列，同年，奈米碳管被Iijima發現，由於其特殊的幾何結構，造就了擁有優異的物化特性，被廣泛應用在許多領域中，其中良好的導電性、大的長徑比與高穩定性等材料性質，可以被引入至染料敏化太陽能電池的奈米顆粒二氧化鈦中，試圖改善奈米顆粒薄膜的電性。
目前會降低並限制染料敏化太陽能電池光電轉換效率的原因，主要是發生於當吸附在奈米顆粒的染料分子受太陽光激發後，將電子注入至較低能級的二氧化鈦奈米顆粒中進行電子傳遞，此傳輸期間電子會因為二氧化鈦顆粒間晶界的阻礙和不定向的傳輸路徑，導致電子容易與缺電子的染料或電解液進行再複合，而限制了太陽能電池的光電轉換效率，因此將奈米碳管引入提供一個電子傳輸的路徑，增加二氧化鈦膜匯集與傳輸電子的能力以及減少電子再複合機率與增加電子在二氧化鈦膜中的生命期。
在本論文中，主要研究將奈米碳管陣列應用於二氧化鈦電極對染料敏化太陽能電池效率所產生的影響。我們成功以Thermal CVD系統直接成長奈米碳管在透明導電玻璃上，經過實驗發現，通入0.3sccm流量的氧氣，有最佳石墨化程度的奈米碳管，但因為光穿透率的緣故，我們將重新定義奈米碳管圖形，隨後再完整包覆二氧化鈦顆粒於奈米碳管，組裝成元件效率量測結果顯示，當50μm大小陣列效率為最高，而IPCE測試結果也顯示與光電轉換效率有相同的趨勢，最後再經由EIS分析，驗證出奈米碳管在其中所扮演的角色為快速傳輸電子與減少電子再複合機率，因此此實驗結果將提供往後用Thermal CVD 成長奈米碳管在玻璃基板元件的製程。

關鍵字

染料敏化太陽能電池 ； 奈米碳管 ； 二氧化鈦

並列摘要

無資料

並列關鍵字

dye-sensitized solar cells ； carbon nanotube ； titanium dioxide

參考文獻

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