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研究生： 楊傑銘
Yang, Jan-Min
論文名稱： 染料敏化太陽能電池陽極含浸方法：壓力擺盪含浸法
A Novel Method for Impregnating Anode in Dye-Sensitized Solar Cell：Pressure Swing Impregnation
指導教授： 談駿嵩
Tan, Chung-Sung
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 化學工程學系
Department of Chemical Engineering
論文出版年： 2010
畢業學年度： 98
語文別： 中文
論文頁數： 77
中文關鍵詞： 染料敏化太陽能電池 、二氧化碳 、超臨界流體, 、壓力擺盪 、含浸
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    • 本研究在染料敏化太陽能電池(Dye Sensitized Solar Cell, DSSC)製造過程的陽極色素增感(Dye-sensitized)階段，應用二氧化碳膨脹性流體(CO2-expanded Liquids, CXLs)、高壓氣體反溶劑(Compressed Gas Anti-solvent)以及壓力擺盪含浸(Pressure Swing Impregnation)和超臨界乾燥等多種方法，探討引入高壓二氧化碳提昇光敏染料含浸效果的可行性。
    在本研究中特別提出一種壓力擺盪含浸法，用以製備染料敏化太陽能電池的陽極。該方法將高壓二氧化碳注入溶有光敏染料的溶液中，使該溶液形成二氧化碳膨脹性流體，降低該溶液之表面張力與黏度以利於光敏染料質傳擴散，接著再注入更高壓的二氧化碳，利用反溶劑效應將光敏染料自溶液中析出並沈積於陽極孔洞內，藉以提昇光電轉換效率。
    實驗結果顯示與傳統的濕式含浸(Wet Impregnation)相比，採用壓力擺盪含浸法進行陽極色素增感，在900與1800 psi之間擺盪操作，含浸時間最短僅需原來的二分之一，光電轉換效率提昇比例最高更可達到百分之十以上。

    目錄 目錄 I 表目錄 IV 圖目錄 VI 第一章□□□ 1 1-1太陽能電池簡介 1 1-2 染料敏化太陽能電池的運作原理 2 1-3 染料敏化太陽能電池的製作過程 4 1-4 陽極色素增感的方法 6 1-4-1 濕式含浸法簡介 7 1-4-2 初溼含浸法簡介 7 1-4-3 超臨界流體含浸法簡介 8 1-4-4 二氧化碳膨脹性流體的含浸法簡介 8 1-4-5 壓力擺盪含浸法簡介 9 1-4-6 濕式含浸法加超臨界流體後處理簡介 10 1-5 膨脹性流體 10 1-6 高壓氣體反溶劑 10 第二章□暰m回顧 12 2-1 應用超臨界流體進行沈積的研究 12 2-2 以超臨界流體提昇光敏染料含浸效果的研究 14 第三章□篘蝟﹞□ 17 3-1藥品 17 3-2實驗裝置與儀器 19 3-3實驗含浸操作方法 21 3-3-1 濕式含浸法操作流程 21 3-3-2 初濕含浸法操作流程 21 3-3-3 超臨界流體含浸操作流程 21 3-3-4 膨脹性流體含浸法操作流程 23 3-3-5 壓力擺盪含浸法操作流程 24 3-3-6 濕式含浸法加超臨界流體後處理操作流程 25 3-4實驗操作步驟 27 3-4-1實驗前準備 27 3-4-2 染料含浸階段 27 3-4-3 後處理及封裝程序 32 3-5 太陽能電池的測量 33 第四章□篘蝯痕G與討論 36 4-1實驗之陽極基材數據 36 4-2 含浸實驗數據(D719) 37 4-2-1超臨界流體含浸法數據 37 4-2-2 初溼含浸法數據 39 4-2-2-1 初溼含浸法染料使用量之測試 39 4-2-2-2 初溼含浸法實驗 40 4-2-3 膨脹性流體含浸法數據 41 4-2-4 壓力擺盪含浸法數據 44 4-2-4-1 尋找較佳壓力擺盪含浸法之操作壓力 45 4-2-4-2 壓力擺盪含浸法之建壓速度的影響 49 4-2-4-3 壓力擺盪含浸法之洩壓速度的影響 50 4-2-4-4 壓力擺盪含浸法溫度的影響 52 4-2-4-5 壓力擺盪含浸法擺盪次數的影響 59 4-2-4-6 壓力擺盪含浸法含浸時間的影響 61 4-2-5 濕式含浸法加超臨界流體後處理數據 65 4-2-5-1超臨界流體後處理的建壓速度影 65 4-2-5-2超臨界流體後處理的洩壓速度影響 67 4-3 含浸實驗數據(JLC232) 68 4-3-1 超臨界流體含浸法數據 69 4-3-2 初溼含浸法數據 70 4-3-3 膨脹性流體含浸法數據 71 4-3-4 壓力擺盪含浸法數據 72 4-3-5濕式含浸法加超臨界流體後處理數據 73 第五章□祭□ 76 第六章□悁狺暰m 78 表目錄 表2-1 引入超臨界流體增進DSSC光電轉換效率的文獻整理 16 表4-1 陽極材料BET數據 36 表4-2 濕式含浸法與超臨界流體含浸法效率值之比較 38 表4-3 初溼含浸法實驗數據 41 表4-4 濕式含浸法與膨脹性流體含浸法效率值之比較 42 表4-5 壓力擺盪含浸法操作不同低壓端壓力之影響 46 表4-6 壓力擺盪含浸法操作不同高壓端壓力之影響(1200、1800 psi) 47 表4-7 壓力擺盪含浸法操作不同高壓端壓力之影響(1800、2700、3600 psi) 48 表4-8 壓力擺盪含浸法建壓速度之影響 49 表4-9 壓力擺盪含浸法的洩壓速度之影響 51 表4-10 壓力擺盪含浸法低溫含浸影響(壓力未調整) 52 表4-11 壓力擺盪含浸法高溫含浸影響(壓力未調整) 54 表4-12 壓力擺盪含浸法低溫含浸影響(壓力已調整) 57 表4-13 壓力擺盪含浸法高溫含浸影響(壓力已調整) 58 表4-14 壓力擺盪法之的壓力擺盪次數影響 59 表4-15 壓力擺盪含浸法含浸時間較長的效率值表現 62 表4-16 濕式含浸法含浸時間較長的效率值表現 63 表4-17 濕式含浸法與壓力擺盪含浸法短時間含浸(50、100、150分鐘) 64 表4-18 進行超臨界流體後處理時建壓速度的影響 66 表4-19 進行超臨界流體後處理時洩壓速度的影響 67 表4-20 JLC232染料以超臨界流體含浸之結果 69 表4-21 JLC232染料初溼含浸法染料使用量之測試 70 表4-22 JLC232染料濕式含浸法與膨脹性流體含浸法之含浸效果比較 72 表4-23 JLC232染料濕式含浸法與壓力擺盪含浸法之含浸效果比較 73 表4-24 JLC232染料進行超臨界流體後處理之效率值表現 74 表4-25 染料敏化太陽能電池陽極含浸方法優缺點討論 75 圖目錄 圖1-1 染料敏化太陽能電池的基本運作原理示意圖 4 圖1-2 染料敏化太陽能電池的製造流程 5 圖3-1 染料D719之結構 18 圖3-2 含浸實驗裝置圖 20 圖3-3 各含浸方法之操作變數 22 圖3-4 濕式含浸法示意圖 23 圖3-5 超臨界流體含浸法示意圖 23 圖3-6 膨脹性流體含浸法示意圖 24 圖3-7 壓力擺盪含浸法示意圖 26 圖3-8 I-V 特性曲線 34 圖4-1 濕式含浸法與超臨界流體含浸法效率值之相對比例 39 圖4-2 陽極染料吸附量測試之檢量線 40 圖4-3 D719在膨脹性乙醇中的擴散係數之計算 43 圖4-4 濕式含浸法與膨脹性流體含浸法效率值之比較 44 圖4-5 壓力擺盪含浸法變數探討之先後次序 45 圖4-6 壓力擺盪含浸法低溫含浸影響(壓力未調整) 53 圖4-7 壓力擺盪含浸法高溫含浸影響(壓力未調整) 55 圖4-8 正規化後之壓力擺盪含浸法高溫含浸影響(壓力未調整) 55 圖4-9 壓力擺盪次數的影響 61 圖4-10 濕式含浸法與壓力擺盪含浸法短時間含浸(50、100、150分鐘) 65 圖4-11 JLC232染料初溼含浸法染料使用量之測試 71

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