奈米TiO2粒子應用於染料敏化太陽能電池電極製作之研究

本研究利用溶膠凝膠法（sol-gel）製作二氧化鈦奈米粒子，並利用旋轉塗佈法製作二氧化鈦薄膜電極，藉由TCPP做為敏化劑來製作太陽能電池元件。我們針對二氧化鈦粒子、二氧化鈦薄膜做一分析，並探討薄膜在不同染料對太陽能電池的影響。由SEM及AFM分析發現，我們製作出來的二氧化鈦奈米粒子在400°C鍛燒下具有最小的粒子尺寸（約8-10 nm）及最佳的分散性，且由XRD分析發現，當作成二氧化鈦的薄膜電極時，同樣在400°C燒結下會有最強的銳鈦礦結晶相位（2θ = 25.6°(101)），此晶相有利於染料電子的轉移，且薄膜的表面也有不錯的平整度，並沒有龜裂的現象產生。此外吸附TCPP染料的太陽能電池具有較佳的效率，此乃應TCPP染料具有「-COOH」的官能基，可以與TiO2表面的Ti IV做鉗合（chelate）的動作。增加電子耦合並改善電極表面的能量，使得禁帶間隙小的染料其電子的發射更快更有效率。另外，當TCPP染料中加入DCA後會有助於染料分子的聚集和減少覆蓋在TiO2表面回電子的轉移，可以大幅提升太陽電池的效率。經由UV-Vis spectroscopy的分析結果發現，吸附染料的TiO2會有較強的吸收能力。