多壁奈米碳管二氧化钛奈米复合材料於染料敏化太阳能电池之制备与.PDFVIP

多壁奈米碳管/ 二氧化鈦奈米複合材 料於染料敏化太陽能電池之製備與 性質研究 摘要 自從工業蓬勃發展以來，由於 人類過度依賴從遠古所留下來的石 油以及煤炭礦產，因而至今，人類幾乎將天然的燃料資源消耗殆盡。 這是因為自十九世紀工業革命之後，人類對於化石燃料 (Fossil Fuel) 以及其衍生產品的使用及依賴與日俱增，在誤認為此項能源為取之不 盡、用之不竭的錯誤意識下，因此毫無節制的開發使用。直到 1970 年第一次能源危機爆發後，全世界才開始認真思考對化石燃料過度使 用與開發的問題，並著手開發製備低成 本、高效率與高應用性的太陽 能電池。而染料敏化太陽能電池是相當便利且適合的一個方向。 本研究旨在探討奈米碳管 (MWCNTs)對於染料敏化太陽能電池 (DSSCs) 之工作電極無機薄膜之製備方法及太陽能電池光轉換效率 之影響與相關性質。實驗結果發現添加奈米碳管(0−0.3 wt%)可以有效 提升二氧化鈦奈米材料薄膜對於染料分子吸附數量。此外，由螢光光 譜分析 (Photoluminescence; PL)實驗、光陽極電容與電池瞬時電流的 1    測試，結果說明奈米碳管的添加將可於二氧化鈦複合材料薄膜內形成 較有效的電子匯聚通路，並可降低電子 電洞對再結合效率；再者，/ 由太陽光誘導電子之驅動力檢測中也說明了，添加碳管有助於增進太 陽能電池光誘導電子的傳輸，該論述亦以入射光子轉換效率之數據結 果加以確認之。另外，本研究 亦將該研究所製備的工作電極與一般文 獻上利用摻混方式製備的 MWCNTs/複合材料工作電極進行比較，實 驗結果顯示，利用本研究合成方式製備 之工作電極，可使奈米碳管具 有較良好的分散性，相較於其他文獻的結果，可有效提升光電轉化效 率(增加~ 61 %) 。 關鍵字：染料敏化太陽能電池、奈米複合材料、奈米碳管、二氧化鈦 2    壹、 緒論 自從工業蓬勃發展以來，由於 人類過度依賴從遠古所留下來的石 油以及煤炭礦產，因而至今，人類幾乎將天然的燃料資源消耗殆盡。 這是因為自十九世紀工業革命之後，人類對於化石燃料 (Fossil Fuel) 以及其衍生產品的使用及依賴與日俱增，在誤認為此項能源為取之不 盡、用之不竭的錯誤意識下，因 此毫無節制的開發使用。直到1970 年第一次能源危機爆發後，全世界才開始認真思考對化石燃料過度使 用與開發的問題，並著手開發新替代能源。然而在石油危機結束後， 由於成本上的考量使得新能源開發的計劃趨緩。直到 1990年波斯灣戰 爭引發第二次石油危機，同時環保意識抬頭的情況下，於是迫使各國 科學家開始尋找新一代的替代能源，例如：風力、核能、地熱、太陽 能等發電系統 [1] 。 科學家們估計現今地球上的化石燃料只可能在使用約 50~100 年，如表一所示 [1] ；然而，由於化石燃料日益短缺的情況下，油價 與石油衍生物之原物料價格的大幅波動，以及因燃燒碳氫化合物後產 生碳、硫化物造成溫室效應與地球氣候劇烈變化的嚴重問題下，人類 開始意識到開發具環保型、再生性、可永續經營替代能源的重要性。 是故近年來世界各國已陸續投入開發新替代能源的研究，同時也開始 3    立法限制化石燃料或其衍生產品的使用，防止產生會造成永久性污染 環境的物質，以及監控與限制各工業排放廢氣、廢水的量與所含物 質，以期改善聖嬰現象、全球暖化以及新一代工業能源的開發。 表一、化石能源蘊藏量與使用年限推估 [1] 尚存蘊藏量 使用年限估計 石油 6.9 × 1011 桶 34 年 天然氣 1.0 × 1014 m3 57 年 煤礦