第10卷增刊1 2010年4月
过程工程学报
The Chinese Jourmal of Process Engineering
的海理车
张合"，卓清松，简淑华”，陈韦安
(1.台北科技大学机电整合研究所，台湾台北10608：2.台北科技大学能源与冷冻空调研究所，台湾台北10608：
3.中央研究院化学研究所，台湾台北115)
VolL.10 Suppl. No.1
Apr.2010
摘要：将纳米TiO，颗粒以电泳沉积法披覆于导电玻璃上，同时整合光电极、反电极、电解质及染料制备出染料敏化太阳能电池，首先将TiO2纳米颗粒与异丙醇所混合的电泳悬浮液通过电泳技术沉积出适当厚度的多层膜结构：精确控制制程中的电流、电压与沉积时间而获得单层厚度为3.3μm的TiO,薄膜.此多层膜通过低温烧结增加其致密性及染料披覆效果最后将此多层薄膜作为工作电极，封装成染料数化太阳能电池，经由V曲线检测结果显示，所制架
料数化太阳能电池的光电转换效率为5.29%，且这种染料敏数化太阳能电池的制造成本十分低廉关键词：TiO2：电泳沉积法：染料敏化太阳能电池
中图分类号：TQ134.11 1前言
文献标识码：A
文章编号：1009-606X(2010)S1-0113-05
金属粒子(Al,Al-Cr,AI-Si)批覆在电极基材表面上[, EPD还可以应用于高分子复合材料的镀膜工作[12]，至
近年来太阳能的开发与技术上的突破引起各国对太阳能未来趋势的重视.目前主流的单晶硅太阳能电池因材料昂贵而无法普及.第三代太阳能电池染料数化太阳能电池(Dye-sensitizedSolarCells,DSSC)，因材料费低廉而受到研究者重视.自1990年代瑞士科学家Gratzel 发表DSSC以来，DSSC的效率亦不断提升.对于将 DSSC组成三明治结构相继都有研究结果报导.DSSC主要由透明半导电基板(Transparentconductingglass)、多孔性纳米半导体薄膜(Nanocrystallinesemiconductor)、染料敏化剂(Dyesensitizer)、氧化还原电解质(Redox electrolyte)、反电极(Counterelectrode）5个部分组成，其中以纳米半导体薄膜制备方法最受到研究者重视，原因是其由多孔欧的纳米结构所构成的光电极，仅需数微米的厚度即有极大的比表面积可供大量染料分子的吸附于TiO表面[]，大幅提高了光电流密度.纳米半导体薄膜材料主要以多孔的纳米二氧化钛为主(2-4)，具有孔率高、高稳定性、宽能阶等优点，其中以商用Degassa P25(70%金红石与30%锐钛型的混合物，平均粒径为21 nm，比表面积为50m/g)纳米粉末为主，制备薄膜的方法种类多，如溶胶凝胶法(Sol-Gel)、化学气相沉积(ChemicalVaporDeposition，CVD)5.6)、磁控溅射法(Sputteringdeposition)7)、刮刀涂布法(Doctorblade)3及旋转涂布法[8,9]等。
1808年Reuss[10]发现在粘土浆料中通入电场，粘土
颗粒会有向阳极泳动的行为而发现了电泳(Electrophoresis)现象，许多例子显示陶瓷薄膜可由EPD(Electrophoreticdeposition)法制作而成，另外除了可将
今EPD在工业上已有相当的成就，由于此法能高效率制备出超微粒薄膜，具备高平整度、厚度一致性等优点，为DSSC中光电极薄膜所需的基本条件.薄膜的厚度可以透过沉积时间准确控制，且复合材料薄膜也容易制备，不仅设备、材料费低廉、镀膜制备不需要在真空下完成，相对在制备的成本较低廉.2004年Tsutomu等[13], 以EPD法制备的薄膜，经过低温150C的烧结处理，并应用于DSSC，光电转换效率达4.3%.2005年Yum等[14] 以EPD制备纳米多孔薄膜，再经过冷压活化处理，在不需要添加接口活性剂及热处理下，在DSSC光电转换效率表现为1.66%.但EPD属于湿式制备法，存在着干燥过程中残留溶剂挥发，导致薄膜的收缩产生裂缝，且干燥速率愈快、膜愈厚，造成的残留应力愈大，使生成的裂缝愈大.本工作以多层电泳法来防止裂缝的产生且以低温环境减缓溶液挥发速度，将电泳法所沉积出的薄膜达最佳化厚度并应用于DSSC上
2
实验
2.1实验材料与仪器设备
所用的主要材料二氧化钛为(Degussa,P25)，结构成分为70%的锐钛相和30%的金红石相.氧化锯锡导电玻璃基板ITO使用UniRegionBioTech的产品(10Q/sq).化学染料则使用公认效果良好的N-719染料(Solarmix).异丙醇IPA为Formula60.09.所使用的检测仪器包括以X 光衍射仪(XRD，M03XHF22)，场发射扫描式电子显微镜(FESEM，LEO-1530)，表而轮廊仪(α-step，Tecoα-step 500)，接口电位测量仪(Malvern，ZetaszierS90Potential)
收稿日期：2008-12-21，修回日期：20090528
作者简介：张合(1961-)，男，山东省绎县人，博士，教授，主要研究方向为功能性纳米流体制备和特性检测，E-mail:f10381@ntut.edu.tw 万方数据