太陽能電池z國立臺灣大學化學系，大學普通化學實驗，第十二版，國立臺灣大學出版中心：台北，民國九十七年。z版權所有，若需轉載請先徵得同意；疏漏之處，敬請指教。z臺大化學系普化教學組魏聖軒助教，2008年3月15日。一、目的：學習太陽能電池之製作原理及性質測定。二、實驗技能：學習研磨、三用電表之使用、塗布（coating）及組裝（assembling）太陽能電池。三、原理：本實驗所製備之染料敏化太陽能電池裝置，是以塗布石墨之導電玻璃為正極，塗布二氧化鈦之導電玻璃作為負極，二氧化鈦上吸附染料作為光敏劑，二－片導電玻璃間以I2/I為電解液所組裝成。當光照到二氧化鈦上所吸附的染料（如N3合成染料），染料吸收光能後，電子自基態（groundstate）躍遷到激發態（excitedstate），激發的電子再進入二氧化鈦半導體之傳導帶（conductionband），而後經由導電玻璃傳導進入外電路而至塗佈石墨之導電玻璃正極。由－－於石墨正極與二氧化鈦負極之導電玻璃間含有I2/I電解液，利用II2氧化還原反應，將染料還原，構成電子的迴路，染料敏化二氧化鈦太陽能電池電子傳遞過程示意圖如圖1所示。染料*e-染料（基態）+光能Æ染料*（激發態）TiO2--ee*-+石墨染料+TiO2Æe(TiO2)+染料hνe--+－eI2染料+IÆ染料+1/2I2染料－－1/2I2+e(石墨電極)ÆI太陽能電池12008/3/15e-e-hν-e染料*－I3TiO2傳導帶-e-ee-染料I2TiO2價帶TiO2/染料石墨導電玻璃（－）導電玻璃（+）圖1染料敏化二氧化鈦太陽能電池電子傳遞過程圖染料敏化太陽能電池利用負極上二氧化鈦所吸附之染料吸收光能，經由一連串的電子傳遞，將光能轉變為電能。自然界中的花青素（anthocyanin）或葉綠素也具有此一吸光作用。因此可利用可見光光譜儀測定染料或花青素的吸收光譜（absorptionspectrum），也就是電磁輻射吸收強度（absorbance，A）與波長（wavelength）的關係圖，並與相對太陽光強度比較，可瞭解其吸光情形，作為選擇染料的參考。相對太陽光強度吸收度400500600700波長(nm)太陽能電池22008/3/15圖2相對太陽光強度（灰線）與葉綠素（黑線）之吸收光譜四、儀器與材料：2.5cm×2.5cm透明導電玻璃（4片）、膠帶、剪刀、玻璃棒、鑷子、2B鉛筆、長尾夾（4）、濾紙、三用電表、小玻璃培養皿（2組）、瑪瑙研缽、扁藥勺、投影機（3台共用）、日光燈、石蠟膜（parafilm）、口罩、乳膠手套、擦手紙、長坩堝夾、氧化鋁坩堝、塑膠滴管。五、藥品：-3二氧化鈦（TiO2）、稀硝酸（10M）、碘電解液（0.5MKI/0.05MI2無水乙二*醇溶液）、95％酒精、合成染料（N3）、洛神花、樹葉（自備）。*合成染料（RuL2(SCN)2，N3）：cis-bis(thiocyanato)bis(2,2’-bipyridyl-4,4’-dicarboxylato)ruthenium(II)COOHCOO-NSCNNRuNNCSNCOO-COOH實驗流程製備TiO2製備石墨組裝太陽電池效能負極正極能電池測試太陽能電池32008/3/15六、實驗步驟：步驟影片示範秤取約1g之TiO2於乾淨之瑪瑙研缽中，滴加約10滴硝酸，以杵將粉末研磨均勻，再滴加1.10滴硝酸再次研磨，共加入約2～3次硝酸，製得二氧化鈦膠體溶液。以95%酒精淋洗導電玻璃表面，紙巾沾乾後，再以電表之兩支探棒碰觸玻璃表面量測，確定玻璃導電的一面。2.注意：以鑷子拿持導電玻璃或手拿玻璃板的邊緣，不要碰觸表面，保持導電玻璃面朝上。玻璃導電面向上，將二對邊以膠帶貼住，覆3.蓋3~4mm並固定於桌面。於沒有覆蓋膠帶的玻璃邊緣位置滴一、二滴研磨好的TiO2膠體溶液，並用玻璃棒推拉把膠體溶液塗布均勻。4.註：玻璃棒應擦拭乾淨沒有附著任何粉體，以避免刮破薄膜。塗一層即可，若塗佈失敗，導電玻璃可重新洗淨再用。太陽能電池42008/3/15撕去膠帶，將塗布TiO2的導電玻璃於空氣中5.晾乾後，放於氧化鋁坩堝中置於高溫爐，以450℃燒結20分鐘。取出冷卻至約50oC，將塗膜的一面朝上，浸泡於以培養皿盛裝的合成染料溶液或天然染料