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功能性高分子期末報告 染料敏畫太陽能電池在氧化鋅奈 米棒多層電極的特性 原作者: Lee, Shih-fong ; Chang, Yung-ping ; Lee, Li-ying ;Hsu, Jung-fu 期刊名: Characterization of Dye-Sensitized Solar Cell with ZnO Nanorod Multilayer Electrode 5:4 2008.12[民97.12] 頁545-552 姓名: 呂冠霖 學號: 49940105 班級: 化材四乙 內容 • • • • • • 摘要 簡介 實驗方法 結果與討論 結論 參考文獻 摘要 本研究利用水熱法，將氧化鋅在ITO玻璃基板上做 合成，為了獲得不同階段的氧化鋅，進行了一到五次 的成長過程(第一階段到第五階段)。利用掃描電子顯 微鏡(SEM)、能量色散譜(EDS)、X射線衍射(XRD)去獲得 氧化鋅奈米棒的表面型態，化學組成，還有晶體結構。 氧化鋅奈米棒侵入染劑並當作DSSC的工作電極(陽極)。 利用在不同階段的氧化鋅當作DSSC的電極的階段一到 五還有它的光電特性，來獲得他們的填充因數和轉化 效率。實驗數據顯示第四階段的氧化鋅在型態和微結 構都最有利於染料吸收和載體的運輸的密集奈米棒的 呈現一致分布。因此，用第四階段的氧化鋅奈米棒來 製作染料敏化太陽能電池(DSSC) 有著較優良的短路電 流、填充因數還有轉化效率。 簡介 氧化鋅在室溫是個寬能隙為 II-VI與直接 能隙為3.37 eV 的化合物半導體。氧化鋅是個 有前景的光電材料，它在光輻射探測器、氣 敏元件、太陽能電池、短波長的紫外激光， 還有布魯或格林光電器件的應用上有很大的 潛力。 製備ZnO有許多過程，包括脈衝雷射蒸鍍 系統、磁控濺鍍設備、金屬有機物化學氣相 沉積，還有化學氣相沉積。然而，以上說的 這些過程不只需要很昂貴的儀器，也不適合 使用在批示的製程。 相比之下，使用化學溶 液去配置氧化鋅較上述說的製程來得好。 不 只是他比較便宜，儀器較便宜，而是製成出 來的氧化鋅也有較高的結晶度、化學安定性、 熱安定性。 在此，我們使用氧化鋅奈米棒進行水熱 合成法，使用氧化鋅奈米棒當作工作電極是 為了要增加它的攜帶電子的能力。氧化鋅的 多層結構被用來增加染色的吸收，因此增加 了光學吸收，讓DSSC有更好的轉化效率。 實驗的細節 • 步驟一 : 使用熱水合成法製作DSSC工作電極 • 步驟二 : 添加去離子水 • 步驟三 : 乾燥 步驟一 在這個實驗裡，我們使用水熱法製做出 的氧化鋅奈米棒去製作DSSC應用的工作電極 。 首先將氧化銦錫 ( indium tin oxide，ITO ) 的玻 璃基板切成 2cm X 2cm 的碎塊，然後使用丙 酮、甲醇、去離子水清洗。清洗結束後，使 用氮氣將ITO 玻璃基板染色， 使用透明膠帶 緊黏玻璃基板周圍，只有中心的 1cm X 1cm 要製作成氧化鋅奈米棒。 除了ITO 基板，氧 化鋅奈米棒也被合成在矽基板上，因為他們 更適合去做 SEM 和 EDS 的量測。 步驟二 添加去離子水在(Zn(NO3)2·6H2O) 和 (C6H12N4, HMT) 中，去獲得氧化鋅奈米棒成 長所需的試劑。 步驟三 合成的氧化鋅試樣被放置在一個盒子裡 五小時，讓他們自己乾燥。接著就可以獲得 第一代的氧化鋅奈米棒，之後第二代、第三 代、第四代，還有第五代都接著產生出來。 結果與討論 在這個實驗中，(Zn(NO3)2‧6H2O)和 (C6H12N4, HMT) 以1:1的比例與水混合。 Zn(NO3)2•6H2O 和C6H12N4 的莫耳比是 1: 1， 而此數據是由先前的是要獲得的結果。 1~5代的ZnO 第一代 第四代 第二代 第三代 第五代 放大後SEM的ZnO 奈米棒圖 第一代 第四代 第二代 第三代 第五代 ZnO 奈米棒的XRD光譜 ZnO當作工作電極所測得的開路電 壓(Voc) ,短路電流( Isc ),填充因子( FF ) 結論 • 在此項研究中，以不同代的氧化鋅奈米棒來當作染 料敏化太陽能電池的工作電極。實驗數據結果發現 了氧化鋅奈米棒的演進使得奈米棒的的平均直徑增 加了。 • 當ZnO奈米棒演進時，氧化鋅奈米棒的形狀在多重 的成長過程後，從長、纖細的六角形柱體變成短、 寬的棒狀。 • 在氧化鋅奈米棒演化到第四代的時候，DSSC的開路 電壓、 短路電流，還有轉化效率有了實質上的進步。 • 而在氧化鋅奈米棒演化到第五代的時候，奈米棒的 平均直徑增加至較低的特定表面面積，較少的染料 分子被吸附，而使得光電流減少。 參考文獻 • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • [1] Wang, J. and Gao, L., “Synthesis of uniform rod-like, multi-pod-like ZnO whiskers and their photoluminescence properties,” Journal of Crystal Growth, Vol. 262, pp. 290–294, 2004. 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