电泳沉积法制备多层膜染料敏化太阳能电池

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1、------------------------------------------------------------------------------------------------电泳沉积法制备多层膜染料敏化太阳能电池第ｌＯ卷增刊１２０１０年４月过程工程学报ＴｈｅＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｒｏｃｅｓｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶ０１．１０Ｓｕｐｐｌ．Ｎｏ．１Ａｐｒ．２０１０张合１，卓清松２，简淑华３，陈韦安１（１．台北科技大学机电整合研究所。台湾台北１０６０８；２．台北科技大学能源与冷冻空调研究所，台湾台北１０６０

2、８３．中央研究院化学研究所，台湾台北ｌ１５）摘要：将纳米ＴｉＯ：颗粒以电泳沉积法披覆于导电玻璃上，同时整合光电极、反电极、电解质及染料制备出染料敏化太阳能电池．首先将ＴｉＯ：纳米颗粒与异丙醇所混合的电泳悬浮液通过电泳技术沉积出适当厚度的多层膜结构；精确控制制程中的电流、电压与沉积时间而获得单层厚度为３．３岫的Ｔｉ０２薄膜．此多层膜通过低温烧结增加其致密性及染料披覆效果．最后将此多层薄膜作为工作电极，封装成染料敏——————————————————————————————————————-----------------------

3、-------------------------------------------------------------------------化太阳能电池，经由，．矿曲线检测结果显示，所制染料敏化太阳能电池的光电转换效率为５．２９％，且这种染料敏化太阳能电池的制造成本十分低廉．关键词：Ｔｉ０２；电泳沉积法；染料敏化太阳能电池中图分类号：ＴＱｌ３４．１１文献标识码：Ａ文章编号：１００９－６０６Ｘ（２０１０）￥１－０１１３－０５１前言近年来太阳能的开发与技术上的突破引起各国对太阳能未来趋势的重视．目前主流的单晶硅太阳能电池因材料昂

4、贵而无法普及．第三代太阳能电池染料敏化太阳能电池（Ｄｙｅ—ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄＳｏｌａｒ金属粒子（Ａｌ，Ａｌ＿Ｃｒ，Ａｌ—Ｓｉ）批覆在电极基材表面上【１１】，ＥＰＤ还可以应用于高分子复合材料的镀膜工作【ｌ引．至今ＥＰＤ在工业上已有相当的成就，由于此法能高效率制备出超微粒薄膜，具备高平整度、厚度一致性等优点，为ＤＳＳＣ中光电极薄膜所需的基本条件．薄膜的厚度可以透过沉积时间准确控制，且复合材料薄膜也容易制备，不仅设备、材料费低廉、镀膜制备不需要在真空下完成，相对在制备的成本较低廉．２００４年Ｔｓｕｔｏｍｕ等【ｌ３１，—————————

5、—————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------Ｃｅｌｌｓ，ＤＳＳＣ），因材料费低廉而受到研究者重视．自１９９０年代瑞士科学家Ｇｒａｔｚｅｌ发表ＤＳＳＣ以来，ＤＳＳＣ的效率亦不断提升．对于将ＤＳＳＣ组成三明治结构相继都有研究结果报导．ＤＳＳＣ主要由透明半导电基板（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ以ＥＰＤ法制备的薄膜，经过低

6、温１５０℃的烧结处理，并应用于ＤＳＳＣ，光电转换效率达４．３％．２００５年Ｙｕｍ等１１４ｊ以ＥＰＤ制备纳米多孔薄膜，再经过冷压活化处理，在不需要添加接口活性剂及热处理下，在ＤＳＳＣ光电转换效率表现为１．６６％．但ＥＰＤ属于湿式制备法，存在着干燥过程中残留溶剂挥发，导致薄膜的收缩产生裂缝，且干燥速率愈快、膜愈厚，造成的残留应力愈大，使生成的裂缝愈大．本工作以多层电泳法来防止裂缝的产生且以低温环境减缓溶液挥发速度，将电泳法所沉积出的薄膜达最佳化厚度并应用于ＤＳＳＣ上．２ｇｌａｓｓ）、多孔性纳米半导体薄膜（Ｎａｎｏｅｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ

7、ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、染料敏化剂（Ｄｙｅｓｅｎｓｉｔｉｚｅｒ）、氧化还原电解质（Ｒｅｄｏｘｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ）、反电极（Ｃｏｕｎｔｅｒｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）５个部分组成，——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------其中以纳米半导体薄膜制备方法最受到研究者重视，原因是其由多孔隙的纳米结构所构成的光电极，

8、仅需数微米的厚度即有极大的比表面积可供大量染料分子的吸附于Ｔｉ０２表面［１１，大幅提高了光电流密度．纳米半导体薄膜材料主要以多孔的纳米二氧化钛为主【２卅，具有孔隙率高、高稳定性、宽能阶等优点，其中以商用ＤｅｇａｓｓａＰ２５（７０％金红石与３０％锐钛