馬小康Ma, Hsiao-Kan臺灣大學:機械工程學研究所林宏章Lin, Hun-ChangHun-ChangLin2010-06-302018-06-282010-06-302018-06-282008U0001-0707200822000300http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/187313利用改良式預混燃燒器火焰添加TTIP以氣相燃燒合成奈米級TiO2顆粒，將收集到之TiO2粉末製備成染料敏化太陽能電池，當Φ=1、O2/N2=40/60、TTIP= 200NL/min、收集高度h=3cm時，燃燒合成之奈米級TiO2顆粒粒徑約25nm且晶相為anatase(97.7 %)，將燃燒合成TiO2粉末製備之染料敏化太陽能電池與市售之P25 TiO2粉末所製成之染料敏化太陽能電池做比較。料敏化太陽能電池之製備主要探討染料敏化太陽能電池 (dye-sensitized solar cells, DSSCs) 之光電極、染料及對電極等數個研究方向，建立實驗與研究方法。光電極方面為刮刀成膜法(doctor blade method)，討論製作 TiO2 薄膜厚度、燒結溫度以及不同之TiO2粉末(P25與燃燒合成TiO2粉末)其光電效能，結果為TiO2薄膜燒結溫度越高，所產生光電效率越好，當燒結溫度460°C時效率最高；塗佈三層TiO2薄膜厚度之染料敏化太陽能電池效率最好；在不同粉體中以P25之光電轉換效率優於燃燒合成TiO2粉末。對電極研究之燒結溫度討論，碳黑製作之對電極在溫度上亦和光電極有著同樣的趨勢，溫度越高則光電效能越高，當燒結溫400°C時對電級之效率為最高。分別浸泡染料茜素黃(Alizarin yellow)與葉綠素(Chlorophyllin)18小時和先後浸泡此兩種染料各9小時，單一染料以茜素黃(Alizarin yellow)最佳，並發現浸泡兩種染料光電極，其光電效應皆不好。Flame synthesis of nanosized titanium oxide particles with the precursor titanium isopropoxide (TTIP) were studied by the modified Hencken burner. Particles produced in these flames were studied for their morphology, crystal phase purity, and size. Results from X-ray diffraction (XRD) analyses show that TiO2 crystal phase purity may be effectively controlled by the oxygen concentration, and the size of TiO2 nanoparticles is highly depending on the TTIP loading and the collecting height of the flame. Also, purer (anatase: 97.7 %) and smaller (about 25 nm) anatase TiO2 nanoparticles are formed under the conditions of TTIP=200NL/min, O2/N2=40/60, H=3.0 cm andΦ=1.0. Furthermore, dye-sensitized solar cells are successfully developed by using a dye-sensitized nanocrystalline TiO2 film. Dye-sensitized TiO2 solar cells, DSSC, are a promising alternative for the development of a new generation of photovoltaic devices. DSSC are a successful combination of materials, consisting of a transparent electrode coated with a dye-sensitized mesoporous film of nanocrystalline particles of TiO2, an electrolyte containing a suitable redox-couple and a carbon black coated counter-electrode. Alizarin yellow and chlorophyllin are used as the dyesensitizers. The light-to-energy conversion performance of the cell depends on the relative energy levels of the semiconductor and dye and on the kinetics of the electron-transfer processes at the sensitized semiconductor electrolyte interface. The rate of these processes depends on the properties of its components. This contribution presents a discussion on the influence of each of the materials which constitute the DSSC of the overall process for energy conversion.中文摘要 IBSTRACT II錄 III目錄 VI目錄 VII號表 X節 頁碼一章 續論 1.1 前言 1.2 研究動機 2.3 燃燒合成製備TiO2之文獻回顧 3.4 二氧化鈦基本特性 9.4.1 Anatase/Rutile 晶相 10.4.2 光觸媒Photocatalyst 10.5 研究目的 11二章 染料敏化太陽能電池之文獻回顧 13.1 敏化太陽能電池發展 13.2 敏化太陽能電池結構 18.3 敏化太陽能電池光電轉換原理 18.4 敏化太陽能電池光電輸出特性 19三章 奈米微粒子之實驗與製作 21.1 奈米微粒的製備方法 21.1.1 奈米微粒子的物理製備方法 21.1.2 奈米微粒子的化學製備方法 22.2 TTIP介紹 23.3 實驗基本架構和參數定義 23.3.1 實驗基本架構 23.3.2 實驗操作參數 24.4 實驗設備 24.4.1 改良式預混式燃燒器 26.4.2 燃料輸送系統 26.5 實驗步驟 27.5.1 實驗前之準備 27.5.2 實驗操作條件 28.5.3 火焰之定量量測及定性觀察 28.5.4 燃燒產物的收集與分析 28.6 流量計與熱電偶校正 29四章 敏化太陽能電池之製作 32.1 材料及藥品 32.2 實驗設備 32.3 敏化太陽能電池各部之製備 33.3.1 光電級的製備 33.3.2 對電極的製備 34.3.3 敏化染料的配製與應用 35.3.4 電解質的配製 35.4 敏化太陽能電池之組裝與測試 36五章 結果與討論 37.1 燃燒合成TiO2粉末 37.1.1 前置物之揮發量量測 37.1.2 火焰之觀測 37.1.3 影響TiO2晶相與顆粒大小之相關參數 39.2 燃燒合成TiO2粉末於敏化太陽能電池之應用 42.2.1燃燒合成TiO2粉末之操作條件 42.2.2燃燒合成TiO2與P25粉末製作太陽光電池之效能分析 43.3 改變敏化太陽能電池之變因討論 44.3.1 光電極對電極燒結溫度對於敏化太陽能電池的影響 44.3.2 不同敏化染料的太陽光電池比較 45.3.3 混合染料敏化太陽光電池比較 46.3.4 薄膜厚度對太陽光電池所產生的影響 47.3.5 電解液厚度之比較 48六章 結論與建議 49.1 結論 49.2 建議 50考文獻 51表 56圖 64目錄號 頁碼1-1 TiO2 Rutile與Anatase晶相之物理性質 561-2 各種氧化劑氧化電位數值 573-1 TTIP的基本介紹 585-1 前置物之揮發量表 595-2 燃燒合成TiO2粉末之實驗操作條件 595-3 燃燒合成TiO2與P25粉末之光電效能結果 605-4 光電極對於燒結溫度不同之光電效能結果 605-5 對電極對於燒結溫度不同之光電效能結果 615-6 分別浸泡單一染料之光電效能結果 615-7 先後浸泡單一染料之光電效能結果 625-8 光電極厚度對敏化太陽能電池之光電效能結果 625-9 電解液厚度不同對敏化太陽能電池之光電效能結果 63目錄號 頁碼1-1 The crystal structure of Anatase 641-2 The crystal structure of Rutile 641-3 二氧化鈦電子受激躍遷示意圖 651-4 光觸媒之催化反應機制圖 652-1 碳原子的原子軌域示意圖 662-2 Black Dye結構示意圖 662-3 ZnPc結構示意圖 672-4 敏化太陽能電池結構示意圖 672-5 敏化太陽能電池工作示意圖 682-6 敏化太陽能電池I-V Curve 683-1 實驗設備之流程圖 693-2 實驗設備示意圖 703-3 三軸定位平台與控制箱 713-4 超音波震盪儀 723-5 改良式預混式燃燒器之蜂巢的圓洞結構 723-6 改良式燃燒器進出之液氣體示意圖 733-7 電子流量計 743-8 預混器 744-1 太陽能電池分析儀 754-2 模擬太陽光源氙燈 764-3 光電級製作主要流程圖 774-4 對電極製作主要流程 784-5 光電極浸泡於茜素黃染料 794-6 光電極浸泡於葉綠素染料 794-7 光電極與對電極薄膜尺寸 804-8 電解液的填充與組裝完成 815-1 由氮氣所攜帶前置物之揮發量每分鐘之毫克圖N2(NL/min) 815-2 由氮氣所攜帶前置物揮發量之莫耳比例圖 825-3 在未加入任何前置物時當量值為1.0且調整氧氮比之火焰圖 825-4 ψ＝１且氧氮比為30/70加入前置物揮發量比之火焰圖 835-5 在O2/N2=20/80時不同當量比之火焰溫度圖 835-6 在O2/N2=40/60時不同當量比之火焰溫度圖 845-7 TiO2晶相變化-XRD圖譜(調整氧氮比例) 845-8 TiO2晶相重量百分率分佈圖(調整氧氮比例) 855-9 TiO2晶相變化-XRD圖譜(調整前置物TTIP濃度) 855-10 TiO2晶相重量百分率分佈圖(調整前置物TTIP濃度) 865-11 TiO2晶相變化-XRD圖譜(改變收集高度) 865-12 TiO2晶相重量百分率分佈圖(改變收集高度) 875-13 TiO2粒徑分析之TEM圖(TTIP=200NL/min,O2/N2=20/80,H=5cm) 875-14 TiO2粒徑分析之TEM圖(TTIP=200NL/min,O2/N2=20/80,H=5cm) 885-15 TiO2粒徑分析之TEM圖(TTIP=200NL/min,O2/N2=40/60,H=5cm) 885-16 TiO2粒徑分析之TEM圖(TTIP=200NL/min,O2/N2=40/60,H=4cm) 895-17 TiO2粒徑分析之TEM圖(TTIP=200NL/min,O2/N2=40/60,H=3cm) 895-18 TiO2晶相變化-XRD圖譜(Φ=1,O2/N2=40/60,TTIP=200NL/min,H=3cm) 905-19 燃燒合成TiO2與P25粉末之I-V CURVE 905-20 自製TiO2與P25薄膜敏化染料吸附率 915-21 光電極燒結溫度不同之I-V CURVE 915-22 對電極燒結溫度不同之I-V CURVE 925-23 分別浸泡單一染料之I-V CURVE 925-24 先後浸泡單一染料之I-V CURVE 935-25 光電極厚度不同之I-V CURVE 935-26 電解液厚度不同之I-V CURVE 942208452 bytesapplication/pdfen-US奈米敏化太陽能電池二氧化鈦TTIP燃燒合成NanoparticlesTiO2SynthesisDSSC[SDGs]SDG7thesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/187313/1/ntu-97-R95522401-1.pdf