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專題老師 : 陳龍泉 學生 : 張家碩 日期 : 一百年一月八號

崑山科技大學高分子材料系. 氧化物及電解液系統對 AgInSe 2 光敏化太陽能電池效率的影響. 專題老師 : 陳龍泉 學生 : 張家碩 日期 : 一百年一月八號. 一、摘要. 半導體敏化式太陽能電池 ( SSSC):. 1. 本實驗利用電化學沉積法於 ITO- 氧化物上成長 AgInSe 2 應用於半導體敏化式太陽能電池，討論氧化物及電解質變數對 SSSC 效能的影響。. 2. 量測光電轉換效率、 XRD 、 SEM 、 UV-Vis ，討論物理性質並應用於半導體敏化式太陽能電池。. 二、前言.

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專題老師 : 陳龍泉 學生 : 張家碩 日期 : 一百年一月八號

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  1. 崑山科技大學高分子材料系 氧化物及電解液系統對AgInSe2光敏化太陽能電池效率的影響 專題老師:陳龍泉 學生:張家碩日期:一百年一月八號

  2. 一、摘要

  3. 半導體敏化式太陽能電池(SSSC): 1.本實驗利用電化學沉積法於ITO-氧化物上成長AgInSe2應用於半導體敏化式太陽能電池，討論氧化物及電解質變數對SSSC效能的影響。 2.量測光電轉換效率、XRD、SEM、UV-Vis，討論物理性質並應用於半導體敏化式太陽能電池。

  4. 二、前言

  5. 由於化石燃料大量的使用，排放過多的溫室氣體，因此尋找乾淨的再生能源是迫在眉睫之工作。由於化石燃料大量的使用，排放過多的溫室氣體，因此尋找乾淨的再生能源是迫在眉睫之工作。 • 染料敏化太陽能電池(DSSC)，利用染料當光敏化劑，由染料覆蓋著二氧化鈦奈米粒子，染料分子吸收太陽光，但在太陽光長期照射下也會有分解之虞，染料在DSSC系統上成本依然偏高，由於染料開發不易，且價格昂貴。利用半導體量子點或薄層結構為光敏化劑，此系統稱為semiconductor-sensitized solar cells，簡稱SSSC。

  6. 優點 光吸收度大於染料 較高的穩定度 吸光範圍大於染料 產生多重的激子 SSSC: 因此本實驗中運用電化學沉積方式，將AgInSe2成膜於ITO-氧化物上，討論 氧化物及電解質對光電轉換效率之影響。

  7. 三、實驗步驟

  8. 基板前的處理 製備電解質AgInSe2 利用旋轉塗佈法製備氧化物底材 Ag2NO3 3mM+InNO3 3.5mM+ SeO2 4mM Degas 30min 煅燒溫度，每分鐘升溫1℃至450℃，持溫30min。 電沉積AgInSe2薄膜 XRD SEM UV-Vis 分析與鑑定 煅燒溫度，每分鐘升溫1℃至250℃，持溫60min。 SEM 光電流量測 結果與討論 光電極組裝 結果與討論

  9. 四、材料與藥品

  10. 二氧化鈦 (P25) • 二氧化鈦 (ST-01) • 五氧化二鈮 Nb2O5 (Niobium(V)oxide,-325mesh,99.9%) • 二氧化錫 SnO2 (Tin(IV)oxide,nanopowder,<100nm(BET) • 氧化鋅 ZnO (Zinkoxid,99.0%) • 異丙醇鈦 (Titanium (IV) isopropoxide，TTIP) • 乙醯丙酮 Acetylacetone,AcAc (99.00%，Fluka) • 無水乙醇C2H5OH (Ethanol),95% • 硝酸銀 AgNO3(Silver nitrate,99.50%) • 硝酸銦 In(NO3)3(indium nitrate,99.99%) • 二氧化硒 O2Se(Selenium(IV)oxide,99.8%) • 硝酸鉀KNO3 (Potassium Nitrate,99.0%,日本試藥) • 三乙醇胺 N(CH2CH2OH3)3,TEA (99.00%，Merck) • 硝酸HNO₃ (nitric acid)

  11. 硝酸鈷 Co(NO3)3 (99.00%，Merck) 過氯化鋰LiClO4 (99.00%，日本試藥) 四氟硼酸硝酸 NOBF4 (99.00%，Panreck) 碳酸乙烯酯 Ethylene carbonate,EC (99.00%，Merck) 4-叔丁基吡啶4-tert butylpyridine,TBP (99.00%，Aldrich) 乙腈 Acetonirile (99.99%，Merck) 鍍銦錫氧化物玻璃基板ITO (Indium-doped tin oxide(SnO2:In)，Gem Tech.)8Ω/square

  12. 五、結果與討論

  13. XRD結構分析 圖1.P25、ST-01、Nb2O5、SnO2、ZnO之XRD圖譜

  14. SEM表面觀察分析 (a) (b) 圖2.(a)P25旋轉塗佈於ITO基板上(b)在P25上電沉積AgInSe2

  15. (b) (a) 圖3.(a)ST-01旋轉塗佈於ITO基板上(b)在ST-01上電沉積AgInSe2

  16. (b) (a) 圖4.(a)Nb2O5旋轉塗佈於ITO基板上(b)在Nb2O5上電沉積AgInSe2

  17. (b) (a) 圖5.(a)SnO2旋轉塗佈於ITO基板上(b)在SnO2上電沉積AgInSe2

  18. (b) (a) 圖6.(a)ZnO旋轉塗佈於ITO基板上(b)在ZnO上電沉積AgInSe2

  19. UV-Vis紫外光光譜分析 (b) (a) 圖8.(a)P25 K-M圖 公式:(1- R∞)2/2R∞求出K-M值 能隙約為3.44eV及3.26eV附近 圖(b)P25直接能隙之圖譜 公式:(αhν)2= A(hν-Eg) 能隙約為3.21eV及3.41eV附近

  20. (a) (b) 圖8.(a)ST-01 K-M圖 能隙約為3.26eV附近 圖(b)ST-01直接能隙之圖譜 能隙約為3.20eV附近

  21. (a) (b) 圖9.(a)Nb2O5K-M圖 能隙約為3.44eV及3.22eV附近 圖(b)Nb2O5直接能隙之圖譜 能隙約為3.10eV及3.35eV附近

  22. (a) (b) 圖10.(a)SnO2 K-M圖 能隙約為3.65eV附近 圖(b)SnO2直接能隙之圖譜 能隙約為3.62eV附近

  23. (a) (b) 圖11.(a)ZnO K-M圖 能隙約為3.22eV附近 圖(b)ZnO直接能隙之圖譜 能隙約為3.15eV附近

  24. 光電轉換效率的量測 圖12. Co2+濃度對I-V轉換效率的影響

  25. 圖13.不同Co2+/Co3+比例的電解液對I-V轉換效率的影響圖13.不同Co2+/Co3+比例的電解液對I-V轉換效率的影響

  26. 圖14.氧化物對I-V轉換效率的影響

  27. 圖15.浸泡時間對I-V轉換效率的影響

  28. ℃ ℃ 圖16.煅燒溫度對I-V轉換效率的影響 ℃

  29. 層 層 圖17.氧化物層數對I-V轉換效率的影響 層

  30. 六、結論

  31. 1.由UV-Vis分析結果得知P25樣品能帶間隙為3.41eV及3.21eV、ST-01樣品能帶間隙為3.20eV、Nb2O5樣品能帶間隙為3.10eV及3.35eV、SnO2樣品能帶間隙為3.62eV、ZnO樣品能帶間隙為3.15eV。1.由UV-Vis分析結果得知P25樣品能帶間隙為3.41eV及3.21eV、ST-01樣品能帶間隙為3.20eV、Nb2O5樣品能帶間隙為3.10eV及3.35eV、SnO2樣品能帶間隙為3.62eV、ZnO樣品能帶間隙為3.15eV。 2.在鈷離子濃度為0.3M時，Co2+:0.273M、Co3+:0.027M，有最好的光電轉換效率。 3.在測試的5個氧化物中，P25效率最好為0.039%與最差為SnO2效率0.023%，且前者效率較後者效率增加60%。 4.電沉積AgInSe2前浸泡時間，最佳效率為浸泡15min之樣品，其效率可達0.056%，1min之樣品只有0.039%。 5.450℃為ITO-TiO2樣品的最佳煅燒溫度，顯現最高的光催化性能。 6.塗佈2層為ITO-TiO2樣品的最佳層數，顯現最高的光催化性能。

  32. 七、參考文獻

  33. [1] 陳陵援，溫室氣體減量壓力對台灣產業發展的淺在衝擊，工研院簡報，2004 [2] M. Grätzel, Powering the planet ,Nature. 403, 363,2000 . [3] 98全國能源會議能源科技與產業發展核心議題總結報告 [4] D. M. Chapin, C. S. Fuller, G. L. Pearson, J. Appl Phys. A New Silicon pn Junction Photocell for Converting Solar Radiation into Electrical Power.25,676, 1954. [5] H. Tsubomura, M. Matsumura, Y. Nomura, T. Amamiya, Dye sensitised zinc oxide: aqueous electrolyte: platinum photocell,Nature.261,402,1976. [6] B. O'Regan, M. Grätzel, A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films,Nature.353, 737, 1991. [7] M. K. Nazeeruddin, F. D. Angelis, S. Fantacci, A. Selloni, G. Viscardi, P. Liska, S. Ito, B. Takeru, M. Grätzel,, J. Am. Chem. Combined Experimental and DFT-TDDFT Computational Study of Photoelectrochemical Cell Ruthenium Sensitizers Soc.127, 16835,2005. [8] http://en.wikipedia.org/wiki/Dye-sensitized_solar_cell

  34. [9] G. Hodes, J. Phys. Chem. C. Comparison of Dye- and Semiconductor-Sensitized Porous Nanocrystalline Liquid Junction Solar Cells.112,17778,2008. [10] 何宜璟，電沉積AgInSe2應用於敏化太陽能電池，碩士論文，崑山科技大學，2010. [11] 汪仕欣，銦錫氧化物摻雜二氧化鈦電極於染料敏化太陽能電池之研究，大學論文，崑山科技大學，2009. [12] 林亞文，銦錫氧化物修飾二氧化鈦光觸媒之性質及活性研究，大學論文，崑山科技大學，2009. [13] 林冠維，奈米碳管摻雜二氧化鈦電極於染料敏化太陽能電池之研究，大學論文，崑山科技大學，2009.

  35. 報告結束謝謝各位

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