Sb2Se3 quantum dot sensitized liquid junction solar cells prepared by solvothermal reactions

本實驗以Sb2Se3 量子點作為光敏化劑，我們利用熱溶劑法(solvothermal)來合成Sb2Se3 量子點在TiO2上，為了要確認此材料為Sb2Se3，以及確認其晶格型態，我們樣品進行X-ray繞射，我們使用穿透式電子顯微鏡分析(TEM)，知其量子點大小約為10-15 nm，並可以由紫外-可見光譜儀(UV-Vis spectroscopy)分析此材料所吸收的波段。從吸收光譜可以看到Sb2Se3量子點吸收入射光的量很少，這是後面所需改進的，經過計算後Sb2Se3量子點的Eg=2.6 eV。 本實驗室目前所採用的光電極為使用二氧化鈦的緻密層、二氧化鈦工作區域、散射層以及碘電解液，我們並將其組裝成太陽能電池並進行量測。改變的參數有反應時間，分別為13、16以及20小時，並在反應時間為16小時獲得到最高效率。 散射層層厚度的改變，在燒結前分別是60 μm以及120 μm，較厚的散射層會造成電解液不易流動使得電子不易傳輸，而造成效率下降。並對SbeSe3量子點進行外部量子效率量測，範圍是400-1000 nm，在400-500 nm之間可以得到最高的光電轉換效率達40%。 目前所獲得的最佳電池轉換效率為0.77 %，開路電壓為0.51V，填充因子為54.6% 電流密度2.75mA/cm2。We want to use the Sb2Se3 QDs be the photosensitizer .We synthesized the Sb2Se3 quantum dot on the surface of a nanoporous TiO2 by solvothermal.We want to confirm this material is Sb2Se3 and its crystallinity and morphology, so we do the x-ray diffraction(XRD) and the Transmission Electron Microscopy(TEM).The QDs size is 10-15 nm. The optical properties of these Sb2Se3 QDs were characterized by UV-Vis spectroscopy.The photoelectrode including a TiO2 under layer ,TiO2 working area,scattering layer,I-/I-3 electrolyte. We change the reacted time about 13hrs,16hrs and 20hrs.The best condition is reacted 16 hrs. We use the polyiodide electrolyte,because the polysulfide electrolyte will reacted with the counterelectrode (Pt). The best yielded a power conversion efficiency is 0.77%,an open circuit voltage of 0.51V,short-circuit current of 2.75mA/cm2.第一章 序論 1 1-1 前言 1 1-1-2 太陽能電池發電原理 3 1-1-3染料敏化太陽能電池 4 1-2 研究動機 5 第二章 工作原理與文獻引用 8 2-1 DSSC工作原理 8 2-2 透明導電玻璃基板 10 2-2-1光電極製作(TiiP、TiO2、Scattering layer) 11 2-2-2 染料/量子點 光敏化劑 12 2-2-3 氧化還原電解液 14 2-2-4 對電極 15 2-2-5量測光源 16 2-2-6 DSSC 電壓-電流量測及相關名詞定義 17 2-3 量子點特性 20 2-3-1量子侷限效應 21 2-3-2衝擊離子化以及歐傑在結合效應 22 2-4 量子點合成 23 2-5 QDSSC目前發展 25 第三章 實驗製程 27 3-1 實驗儀器 27 3-2 實驗藥品 28 3-3 DSSC I-V曲線量測系統 29 3-4 EQE光譜量測 31 3-5製作QDSSC 流程圖 32 3-5-1 透明導電玻璃(FTO)清洗 33 3-5-2 製作TiiP溶液 34 3-5-3 塗佈TiO2 35 3-5-4 合成Sb2Se3量子點 36 3-5-5 電解液製作 38 3-5-6 金屬對電極製作 39 3-5-7 電池封裝 40 第四章 結果與討論 41 4-1 Sb2Se3 光學分析與形貌 41 4-1-2 XRD (x –ray diffraction)分析 42 4-1-3 UV-Vis 光學分析 43 4-2 Sb2Se3量子點敏化太陽能電池的效率分析 45 4-2-1 熱溶劑反應時間對於太陽能電池的影響 45 4-2-2 電解液對電池效率的影響 47 4-2-3 對電極對於太陽能電池效率的影響 49 4-2-4 ZnS coating 對於Sb2Se3太陽能電池效率的影響 51 4-2-5溶液濃度對於電池轉換效率的影響 52 4-2-6 散射層厚度對於電池轉換效率的影響 53 4-3 Sb2Se3量子點敏化太陽能電池的量子效率分析 56 第五章 結論 57 參考文獻 5