染料敏化太陽能電池簡介

 目前關於染料敏化太陽能電池 (DSSCs) 的研究，以 M.Grätzel 之研究團隊最為卓越。

Type of cell Efficienciy (%) Characteristics SiliconCrystalline24 high cost Multicrystalline18 Amorphous13 medium cost, unstable CuInSe 2 19 indium expensive III-V semiconductors (GaAs, InP) 25 High efficiency, high cost II-VI (CdTe) 16 Dye-sensitized nanostructured cells10 low cost, scale up production Bipolar AlGaAs/Si 20 high cost Organic3 low cost, low efficiency 太陽電池種類

染料敏化太陽電池的原理

特點 : 用奈米顆粒、增加吸收表面積 染料敏化太陽電池的結構

染料敏化太陽電池的結構

染料敏化太陽電池的反應步驟 (1) 照光後，染料分子由基態﹙ S ﹚變為激 發態﹙ S* ﹚ S ＋ hυ → S* S ＋ hυ → S* ( 2) 激發態的電子由染料注入 TiO2 顆粒中，而染料分子自 身被氧化 S* → S+ ＋ e- (<100 fs femtosecond transient absorption spectroscopy ) S* → S+ ＋ e- (<100 fs femtosecond transient absorption spectroscopy ) ﹙ 3 ﹚氧化態 S+ 與還原劑反應，變回基態，還原劑則被氧化 2S+ ＋ 3I- → 2S ＋ I3- 2S+ ＋ 3I- → 2S ＋ I3- ﹙ 4 ﹚被氧化的還原劑又被對電極上的電子再次還原 I3- ＋ 2e- → 3I- I3- ＋ 2e- → 3I-

染料敏化太陽電池的反應步驟 1) 照光後，染料分子由基態﹙ S ﹚變為激 發態﹙ S* ﹚ S ＋ hυ → S* S ＋ hυ → S* 2) 激發態的電子由染料注入 TiO 2 顆粒中，而染料分子自 身被氧化 S* → S + ＋ e - (<100 fs femtosecond transient absorption spectroscopy ) S* → S + ＋ e - (<100 fs femtosecond transient absorption spectroscopy ) 3) 氧化態 S + 與還原劑反應，變回基態，還原劑則被氧化 2S + ＋ 3I - → 2S ＋ I 3 - 2S + ＋ 3I - → 2S ＋ I 3 - 4) 被氧化的還原劑又被對電極上的電子再次還原 I 3 - ＋ 2e - → 3I - I 3 - ＋ 2e - → 3I -

 奈米顆粒染料敏化太陽能電池製作過程 浸泡染料 N719 退火 成功燒結 滴上固態電解液 並封裝成電池 清洗基板 (FTO) 塗抹奈米顆粒 封裝前處理

Step 1. 用微量天枰秤數克的奈米 級 TiO 2 結晶型粉末。 用微量天枰秤數克的奈米 級 TiO 2 結晶型粉末。 放入研缽中，加入數滴稀 醋酸溶液，反覆研磨。 放入研缽中，加入數滴稀 醋酸溶液，反覆研磨。 加入些許的介面活性劑， 直到獲得近似膏狀之均勻 膠體懸浮即可。 加入些許的介面活性劑， 直到獲得近似膏狀之均勻 膠體懸浮即可。 DSSC 之 DIY 實做流程 註：稀醋酸製備方式為將 0.2mL 的冰醋酸緩緩加入 50 mL 的 去離子水中。 ( 若無稀醋酸可用 DI 純水替代 )

Step 4. 將 TiO 2 稀態膠體，以載 玻片均勻的平鋪在導電玻 璃的導電面上。 將 TiO 2 稀態膠體，以載 玻片均勻的平鋪在導電玻 璃的導電面上。 ( 膠帶的用途為控制薄膜的厚度， 而預留的三個邊，可作為封裝 電池與延伸電極之用 ) Step 5. 塗佈完成後小心的把膠 帶移除，避免過於乾燥才 撕去膠帶，以免破壞薄膜。 塗佈完成後小心的把膠 帶移除，避免過於乾燥才 撕去膠帶，以免破壞薄膜。

Step 6. 用平板加熱器將塗有 TiO 2 薄 膜之導電面朝上以 150 度加熱 烘烤 10~20 分鐘。 用平板加熱器將塗有 TiO 2 薄 膜之導電面朝上以 150 度加熱 烘烤 10~20 分鐘。 （加熱過程中，薄膜會因為介面活性劑 被燒掉，而呈淺棕色） Step 7. 將天然果實浸泡於乙醇中， 再置入磁石以攪拌器控制其 緩緩攪拌。 將天然果實浸泡於乙醇中， 再置入磁石以攪拌器控制其 緩緩攪拌。 將翠取好的染料以濾紙過濾 以除去多餘殘渣。 將翠取好的染料以濾紙過濾 以除去多餘殘渣。（天然果實以深紫紅色系較優）

Step 8. 將烘烤完成之 TiO 2 電極， 浸泡於翠取完成且濾淨過 之染料色素中。 將烘烤完成之 TiO 2 電極， 浸泡於翠取完成且濾淨過 之染料色素中。 ( 浸泡時間至少需數小時， TiO 2 薄 膜會因吸附染料而改變其顏色 ) Step 9. 另取一片等面積的導電 玻璃，將導電面用蠟燭燃 燒的火焰來回移動，即可 鍍上一層碳膜 (Carbon) 。 另取一片等面積的導電 玻璃，將導電面用蠟燭燃 燒的火焰來回移動，即可 鍍上一層碳膜 (Carbon) 。

DSSC 實驗室樣品 η~ 4% TCPPBlack rice N3

氧化鋅奈米顆粒之 FE-SEM 圖

ZnO 奈米粒子之 XRD 分析圖

DSSCs 樣品封裝完成圖

染料敏化太陽電池之應用 染料敏化 太陽能電池 主體 連接一風 扇

染料敏化太陽電池之應用 給電池施加 光源時，風 扇就會開始 轉動

染料敏化太陽電池特色與優勢  製作簡易，價格低廉，適合量產。 (1/10 of Si)  可導入大尺寸之製程，能製成可饒式外型， 應用多元化。  材料無毒性，不會造成環境污染