二氧化鈦氣凝膠應用於染料敏化太陽能電池

Applications of TiO2 Aerogels in Dye-sensitized Solar Cells

江怡君(Yi-Chun Chiang)

指導教授 ： 呂世源

國立清華大學/工學院/化學工程學系/碩士(2011年)

https://doi.org/10.6843/NTHU.2011.00632

摘要

為了增進染料敏化太陽能電池之光電轉換效率，選擇具有大表面積之介孔材料做為陽極，而二氧化鈦氣凝膠因為具有相當大的比表面積，且為3-D網狀結構，為最具發展潛力的中孔材料之一，因此以二氧化鈦氣凝膠作為陽極，組裝成染料敏化太陽能電池。以商用P25做基準，TiCl4處理後光電轉換效率最高為7.22%，而二氧化鈦氣凝膠可達8.36%，最主要的貢獻為染料吸附量增加，提升了電流密度，進一步增加光電轉換效率。由於二氧化鈦氣凝膠必頇經過鍛燒才會具有anatse晶相，但鍛燒會使得表面積驟減，因此嘗詴以類似水熱法的條件在高溫高壓合成，企圖製備出不需鍛燒即具晶相之氣凝膠。因此將超臨界乾燥溫度提高到80℃與120℃，TiCl4處理後光電轉換效率分別為8.21%、8.20%。不同溫度下的二氧化鈦氣凝膠表面積略有差異，超臨界乾燥溫度為80℃的表面積、孔徑體積、孔徑尺寸最大。三者表面積、孔徑尺寸、孔徑體積、晶相略有不同，但整體而言，光電轉換效率、RTiO2、electron life time、擴散係數、IPCE值差異不大。然而限制二氧化鈦氣凝膠陽極效率的突破原因之一為電子傳輸速率。由於氣凝膠晶粒小，晶界密度大，因此降低了電子傳輸速率。為此，添加電子傳輸快速的TiO2-B奈米線以改善電子傳輸並增加光散射效應。添加了5%的奈米線後，不作TiCl4處理，效率最高可達7.47%。然而，在5微米的厚度下，效率增加的幅度更大。添加5%奈米線後光電轉換效率由4.62%增加至5.75%，增加了24.5%。添加10%奈米線後，由效率4.62%增加至5.61%，提升了21.4%。儘管添加了表面積較小的奈米線，染料吸附量因而降低，但是電子傳輸速率卻增加，又具有光散射效應，使得在5微米厚度下添加5%奈米線時光電轉換效率達到最大值。

關鍵字

染料敏化太陽能電池 ； 二氧化鈦氣凝膠 ； 複合結構

參考文獻

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