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研究生： 林佳葦
Lin, Chia-Wei
論文名稱： 氮化鈦薄膜於背接觸式與整片單一式染料敏化太陽能電池電極材料之應用
Titanium Nitride Thin Film as an Electrode Material for Back-contact and monolithic Dye-sensitized Solar Cell
指導教授： 陳昭宇
Chen, Chao-Yu
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 理學院 - 光電科學與工程學系
Department of Photonics
論文出版年： 2014
畢業學年度： 102
語文別： 中文
論文頁數： 103
中文關鍵詞： 氮化鈦 、背接觸式 、整片單一式 、多孔質電極
外文關鍵詞： titanium nitrite, back-contact, monolithic, porous electrode
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    • 目前染料敏化太陽能電池最高效率為13%。然而，一般標準染敏電池使用的透明導電玻璃不僅成本高，重量與厚度也限制了光入射至元件的光通量。有鑑於此，本研究以多孔性氮化鈦電極應用在背接觸式元件取代傳統染敏電池之透明導電玻璃。
    氮化鈦材料穩定、高導電率，適合作於電池之電極，本論文中探討不同氮氣流量與氬氣流量比對氮化鈦薄膜在晶體方向成長、導電度與厚度的差異，氮氣氬氣流量比為4.76%時，膜厚為450nm，片電阻為5.27Ω/sq，顏色呈咖啡金。使用聚苯乙烯球製作出多孔性電極，並應用在背接觸式染敏電池，分別使用低消光係數染料907與高消光係數染料MK2，在二氧化鈦膜厚為10.6μm及8.8μm時，效率為4.53%及4.16%，皆為一般傳統染敏的75.5%。
    同樣將多孔性電極應用在整片單一式染敏電池，使用MK2染料可得效率2.47%。

    In this study, we demonstrated a novel method to fabricate porous titanium nitrite (TiN) thin film as electrode material for the application of back-contact dye-sensitized solar cells (BC-DSCs) and monolithic dye-sensitized solar cells (mDSCs), delivering energy conversion efficiencies of 4.53 % and 2.47 %, respectively. Meanwhile, we also presented the non-TCO back-contact DSCs (non-TCO BC-DSCs). In this case, the fabrication cost of DSCs could be greatly reduced because the FTO glasses were all replaced by TiN conductive film. The non-TCO BC-DSCs yielded a conversion efficiency of 2.66%.

    摘要 I Extended Abstract II 誌謝 VII 目錄 VIII 表目錄 XIII 圖目錄 XIV 第一章 緒論 1 1-1. 前言 1 1-2. 太陽能電池介紹 2 1-2-1. 矽太陽能電池 2 1-2-2. 化合物太陽能電池 3 1-2-3. 染料敏化太陽能電池 5 1-2-4. 有機薄膜太陽能電池 6 1-3. 太陽能電池工作原理 7 1-3-1. 太陽光譜 7 1-3-2. 電壓電流特性曲線 8 1-3-3. 量子效率 10 1-3-4. 轉換效率計算 11 1-4. 研究動機 12 第二章 文獻回顧 14 2-1 染料敏化太陽能電池 14 2-1-1 染料敏化太陽能電池發展 14 2-1-2 染料敏化太陽能電池結構 18 2-1-3 染料敏化太陽能電池工作原理 22 2-1-4 影響效率因素及改善方式 24 2-2 背接觸式與整片單一式染料敏化太陽能電池 28 2-2-1. 文獻回顧 28 2-2-2. 工作原理 40 2-3 反應式磁控濺鍍氮化鈦薄膜 41 2-3-1. 電漿基礎理論 42 2-3-2. 氮化鈦薄膜的形態與沉積方向性 43 第三章 實驗方法與分析儀器原理 44 3-1. 實驗藥品與儀器 44 3-1-1. 實驗儀器 44 3-1-2. 實驗藥品 45 表3-2 藥品清單表 45 3-2. 實驗流程與設計 46 3-2-1. 實驗流程 46 3-2-2. 基板處理 49 3-2-3. 對電極製備 49 3-2-4. 阻擋層製備 50 3-2-5. 吸收層製備 50 3-2-6. 多孔電極製備 51 3-2-7. 染料吸附 52 3-2-8. 元件封裝 52 3-2-9. 氧化鋁配製 52 3-2-10. Z907染料配製 54 3-2-11. MK2染料配製 54 3-2-12. 電解液A6141配製 54 3-2-13. Pt配製 55 3-3. 製程儀器 55 3-3-1. 真空濺鍍系統 55 3-3-2. 迴旋濃縮機 56 3-4. 量測分析儀器 56 3-4-1. DLS粒徑分析儀 56 3-4-2. 吸收光譜量測(UV-vis) 57 3-4-3. 四點探針 58 3-4-4. Alpha-step 59 3-4-5. 掃描式電子顯微鏡 59 3-4-6. J-V特性曲線量測 59 3-4-7. 光電轉換效率測定儀 60 第四章 結果與討論 61 4-1. 氮化鈦薄膜分析 62 4-1-1. 氮化鈦薄膜成分分析 63 4-1-2. 氮化鈦薄膜與電解液接觸之介面特性 65 4-2. 製作多孔性氮化鈦薄膜 68 4-2-1. 多孔性材料之限制 69 4-2-2. 聚苯乙烯球分布情形 70 4-3. 背接觸式染敏電池 75 4-3-1. 使用Ti/TiN/Ti薄膜作為標準液態染敏電池之工作電極 77 4-3-2. 工作電極與電解液之間載子復合 79 4-3-3. 標準液態染敏電池使用Z907低消光係數染料 80 4-3-4. 背接觸式染敏電池使用Z907低消光係數染料 85 4-3-5. 傳統染敏電池使用MK2高消光係數染料 88 4-3-6. 背接觸式染敏電池使用MK2高消光係數染料 90 4-3-7. non-FTO 背接觸式染敏電池 94 4-4. 整片單一式染敏電池 96 4-4-1. 多孔性電極應用於整片單一式染敏電池元件 96 第五章 未來展望 99 參考文獻 100

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    下載圖示 校內：2019-09-01公開
    校外：2019-09-01公開
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