6. 太陽光電系統在印度汲水應用例
This woman in India is collecting
water from a pump powered by PV.
(Photo: Central Electronics, Ltd.)
8. 矽晶太陽電池與新材料太陽電池簡介
矽晶材料太陽電池特性
矽乃地球上蘊含量第二豐富的元素。
矽本身無毒性，其氧化物穩定又不具水溶性。
目前太陽電池仍舊以矽為主要材料。
1 2 3
單結晶矽:轉換效率高，成本高。(圖1)
多結晶矽:效率與成本較單結晶低。(圖2)
非結晶矽:成本最低，效率最差。(圖3)
9. 不同種類太陽電池效率發展狀況
Cell轉換 模組轉換
太陽電池種類 半導體材料
效率 效率
單結晶(晶圓型) 14~24% 10~14%
結晶矽
結晶矽
多結晶
矽
矽
(晶圓型、薄膜型)
10~17% 9~12%
非晶矽 a-Si、a-SiC、a-SiGe
非晶矽 8~13% 6~9%
III-V族 GaAs(晶圓,薄膜型) 18~30%
化合物
半導體 II-VI族 CdS、CdTe薄膜型 10~12%
多元 10~12%
3元素
化合物
CuInSe2薄膜型
CuInSe2(薄膜型) 10~12%
有機物
有機半導體 TiO2/Dye 7%
10. DSSC元件結構
Dye-Sensitized Solar Cell
ITO 導電玻璃 負電極(-)
TiO2二氧化鈦奈米粒 染料分子敏化後
正電極(+) 碳黑 or 鉑金層
KI3液態電解質注入
染料敏化太陽電池英文縮寫簡稱為DSSC
11. DSSC工作原理
Conducting tin oxide electrolyte Counter
(CTO) glass plate electrode
Dye*
Diffusion
CB hυ e-
- -
-
I /I 3 redox
e
+
electrolyte
Dye/Dye
Xe Lamp (AM1.5)
100mW/cm2 VB
染料
TiO2 碳膜
(Dye)
Load
1. 染料 + light 染料* * 激發態
2.染料* + TiO2 e-[TiO2] +染料+
3. e-[TiO2] + C.E.(含碳膜之電極) TiO2 + e-[C.E.]+ 電能
4.½ I3- + e-[C.E.] 3/2 I- + C.E.
14. ITO 玻璃
Indium Tin Oxide
ITO導電玻璃
在原本無法導電的玻璃基板上，鍍上
一層可以導電的氧化銦錫（indium
tin oxide，ITO），從而可以扮演電
極。由於ITO導電玻璃是生產LCD製程
中之關鍵材料，如果選用的產品有瑕
疵，將會影響LCD的良率。
15. DSSC之DIY實做流程
Step 1.
TiO2 結晶型粉末放入研缽
中，加入數滴稀醋酸溶液
，反覆研磨。
加入些許的介面活性劑，
直到獲得近似膏狀之均勻
膠體懸浮即可。
註：稀醋酸製備方式為將0.2mL
的冰醋酸緩緩加入50 mL的
去離子水中。
(若無稀醋酸可用DI純水替代)
16. Step 2.
以三用電表判別導電玻璃
之導電面。
導電面阻值≒20~30Ω 。
（準確值應使用四點探針法）
Step 3.
把導電玻璃的導電面朝上
，用一般膠帶將其中三個
邊貼著。
用沾有乙醇的棉花棒輕輕
拭去表面污垢或是油脂。
17. Step 4.
將TiO2稀態膠體，以載玻
片均勻的平鋪在導電玻璃
的導電面上。
(膠帶的用途為控制薄膜的厚度，
而預留的三個邊，可作為封裝
電池與延伸電極之用)
Step 5.
塗佈完成後小心的把膠帶
移除，避免過於乾燥才撕
去膠帶，以免破壞薄膜。
18. Step 6.
用烤箱將塗有TiO2薄膜之
導電面朝上以150度加熱
烘烤10~20分鐘。
（加熱過程中，薄膜會因為介面
活性劑被燒掉，而呈淺棕色）
Step 7.(已準備)
將天然果實浸泡於乙醇中
，再置入磁石以攪拌器控
制其緩緩攪拌。
將翠取好的染料以濾紙過
濾以除去多餘殘渣。
（天然果實以深紫紅色系較優）
19. Step 8.
將烘烤完成之TiO2電極，
浸泡於萃取完成且濾淨過
之染料色素中。
(浸泡時間至少需數小時，TiO2薄
膜會因吸附染料而改變其顏色)
Step 9.
另取一片等面積的導電玻
璃，將導電面用蠟燭燃燒
的火焰來回移動，即可鍍
上一層碳膜(Carbon)。
20. Step 10.
用棉花棒拭去其中三個邊
的碳膜，此即本電池之對
電極。
（白金電極的催化效果較佳，但
其製作設備較複雜且成本高）
Step 11.
把兩電極鍍膜面相對組裝
起來，延伸電極的側邊需
交錯開。
（本實驗僅以小鋼夾組裝及固定
兩片電極，標準製程須以膠裝
封合，以防止電解液滲漏）
21. Step 12.(已準備)
電解液的製備是以0.5M
的碘化鉀(KI)和0.05M的
碘(I2)，用乙二醇調製。
（KI及I的活性很強，調製時須
特別小心及避免沾手誤食）
Step 13.
以微量滴管沿兩電極間
之縫隙，加入少許之電
解液，電解液會因毛細
作用而擴散至電極間。
22. Step 14.
電將兩電極接至三用電表
，負端接TiO2工作電極，
正端接鍍有碳膜之對電極
。
將塗有TiO2薄膜之電極面
朝上，置於模擬燈源或陽
光下測試即可。
以上實做流程均於戴明鳳教授指導之實驗室拍攝
23. DSSC電性實測
0.0015
photo current
dark current
0.0010
Dye: N3 (concentration 1*10-4)
Active area: 0.3 * 0.3 cm
Counter electrode: Pt ( 150 μm)
Photo electrode: TiO2 (PEG+Nb205)
0.0005
Lamp: 100mW/cm2 , Xe (AM1.5)
Isc (mA)
Electrolyte: 1376
Substrate: FTO
0.0000
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8
Voc (V)
-0.0005
-0.0010
Dye / Material Voc(V) Jsc(mA) Fill Factor (%) η(%)
Hibiscus sabdariffa / TiO2 0.49 0.23 41 0.049
N3 / TiO2 (PEG+Nb2O5) 0.7 0.76 63.6 3.8
N3 / TiO2 (Dyeso paste+Nb2O5) 0.67 1.04 50.5 3.91
26. 刺激你的想像力
http://www.textually.org/textually/archives/2007/04/015615.htm
27. 相關參考文獻
[1] Greg P. Smestad , Michael Grätzel , “Demonstrating Electron
Transfer and Nanotechnology:A Natural Dye–Sensitized
Nanocrystalline Energy Converter” Journal of Chemical
Education, Vol. 75 ,No. 6 ,752-756,June 1998
[2] Bailey, M., Park, J., Dhirani, A. Department of Chemistry,
University of Toronto 。
[3] Michael Grätzel, “Photoelectrochemical cells”,NATURE ,
414,15,338-344(2001)
[4] 洪長春，能源應用材料-奈米二氧化鈦專利介紹，國研院科技
政策研究與資訊中心副研究員。
[5] 呂宗昕、吳偉宏，奈米科技與二氧化鈦光觸媒，科學發展
376期。
