串、並聯模組的效率分析

第四章結果與討論

4.4 串、並聯模組的效率分析

大多數電器用品，只用單一個DSSC太陽能電池的電壓、電流還是稍微低，為了驅動小型電器用品，可以運用串聯如表4-12為Voc、圖4-24串聯電壓圖、圖4-25為IV 曲線圖、圖4-26為JV曲線圖，並聯如表4-13為Isc表4-14為Jsc、圖4-27並聯電流圖、圖 4-28為正規化並聯電流、圖4-29為IV曲線圖、圖4-30為JV曲線圖形成太陽能模組，而此節是測試當DSSC電池串、並聯時，所產生的電壓、電流是否為其倍數成長，其染料敏化太陽能面積為0.28 cm²。

表4-12 各種天然染料串聯電壓參數比較表編號

染料樣本1電壓樣本2電壓串聯

玫瑰花 0.330649V 0.321594V 0.722214V 桔梗 0.398234V 0.398616 V 0.861453V 石斛蘭 0.415477V 0.445017V 0.854823V

圖4-24 串聯前後電壓比較表

圖4-25 天然染料串聯IV曲線圖

圖4-26 天然染料串聯JV曲線圖

表4-13 各種天然染料並聯電流參數比較表編號

染料樣本1電流樣本2電流並聯電流

玫瑰花 0.090210mA 0.086548 mA 0.198608 mA 桔梗 0.113770 mA 0.114227 mA 0.193878 mA 石斛蘭 0.155701 mA 0.150604 mA 0.289764 mA

表4-14 各種天然染料正規化並聯電流參數比較表編號

染料樣本1電流樣本2電流並聯電流

玫瑰花 0.322178 mA/ cm^-2 0.309099 mA/ cm^-2 0.707245 mA/ cm^-2 桔梗 0.402439 mA/ cm^-2 0.407955 mA/ cm^-2 0.692422 mA/ cm^-2 石斛蘭 0.556074 mA/ cm^-2 0.537872 mA/ cm^-2 1.034873 mA/ cm^-2

圖4-27 各種天然染料並聯前後電流比較圖

圖4-28 正規化並聯前後電流比較圖

圖4-29 天然染料並聯IV曲線圖

圖4-30 天然染料並聯JV曲線圖

表4-15為串、並聯得轉換效率分析表，由表可知，並聯模組的轉換效率較串聯的轉換模組效率佳。

表4-15 各種天然染料電池串聯太陽電池參數及轉換效率對照表參數

染料 Isc (mA) Jsc(mA/ cm^-2) Voc(V) F.F. Efficiency (%) 玫瑰花串聯 0.096130 0.343323 0.722214 0.261114

0.064744

桔梗串聯 0.114746 0.409808 0.861453 0.422998

0.135350

石斛蘭串聯 0.145508 0.519671 0.854823 0.504056

0.223032

表4-16 各種天然染料並聯太陽電池參數及轉換效率對照表參數

染料 Isc (mA) Jsc(mA/ cm^-2) Voc(V) F.F. Efficiency (%) 玫瑰花並聯 0.198608 0.707245 0.361186 0.276187

0.070551

桔梗並聯 0.193878 0.692422 0.396370 0.493158

0.149749

石斛蘭並聯 0.289764 1.034873 0.439371 0.560175

0.254708

4.5 天然與有機合成 N719 染料太陽電池效率分析

4.2節提到天然染料，浸泡4小時比浸泡18小時轉換效率較佳，接著再用浸泡4小時的天然染料，與商業用N719染料太陽能電池，比較轉換效率，找出是否有轉換效率相似的染料。

圖4-31 玫瑰花IV曲線圖

圖4-32 N719 IV曲線圖

圖4-33 玫瑰花JV曲線圖

圖4-34 N719 JV曲線圖

表4-17 天然玫瑰花染料與有機合成N719染料太陽電池參數及轉換效率對照表參數

染料 Isc (mA) Jsc(mA/ cm^-2) Voc(V) F.F. Efficiency (%) 玫瑰花未振盪 0.127289 0.454603 0.347507 0.191816 0.030303

玫瑰花振盪

15 分鐘 0.080200 0.286429 0.332927 0.195376 0.018631 玫瑰花振盪

30 分鐘 0.056580 0.202070 0.307025 0.200259 0.012424 玫瑰花加熱法 0.090210 0.322178 0.330649 0.258134 0.027498 N719 1.978149 6.997343 0.642731 0.641289

2.518046

圖4-35 桔梗IV曲線圖

圖4-36 N719IV曲線圖

圖4-37 桔梗JV曲線圖

圖4-38 N719JV曲線圖

表4-18 天然染料桔梗與有機合成N719染料太陽電池參數及轉換效率對照表參數

染料 Isc (mA) Jsc(mA/ cm^-2) Voc(V) F.F. Efficiency (%) 桔梗未振盪 0.256409 0.915745 0.337076 0.326657 0.100831 桔梗振盪 15

分鐘 0.212982 0.760651 0.328015 0.377707 0.094240 桔梗振盪 30

分鐘 0.210236 0.750841 0.345870 0.417232 0.108352 桔梗加熱法 0.113770 0.406320 0.412815 0.388805 0.065216 N719 1.978149 6.997343 0.642731 0.641289

2.518046

圖4-39 石斛蘭IV曲線圖

圖4-40 N719IV曲線圖

圖4-41 石斛蘭JV曲線圖

圖4-42 N719JV曲線圖

表4-19 天然石斛蘭染料與有機合成N719染料太陽電池參數及轉換效率對照表參數

染料 Isc (mA) Jsc(mA/ cm^-2) Voc(V) F.F. Efficiency (%) 石斛蘭未振盪 0.146637 0.523704 0.418153 0.467313 0.102336

石斛蘭振盪

15 分鐘 0.186249 0.665174 0.411445 0.482036 0.131925 石斛蘭振盪

30 分鐘 0.174347 0.622668 0.416339 0.517245 0.134091 石斛蘭加熱法 0.150604 0.537872 0.439012 0.451944 0.106719 N719 1.978149 6.997343 0.642731 0.641289

2.518046

由上面圖表可知，N719染料電池，比天然染料電池較佳，其轉換效率相對較佳，

接著使用N719做串、並聯模組，分析串、並聯後其電壓值、電流值及轉換效率與天然染料的差別。

表4-20 天然染料與有機合成N719染料串聯電池參數分析編號

染料樣品1電壓樣品2電壓串聯電壓

玫瑰花 0.330649V 0.321594V 0.722214V 桔梗 0.398234V 0.398616 V 0.851453V 石斛蘭 0.415477V 0.445017V 0.874823V N719

0.642731 V 0.662105 V 1.308571 V

圖4-43 串聯前後電壓比較圖

圖4-44 天然染料串聯IV曲線圖

圖4-45 N719串聯IV曲線圖

圖4-46 天然染料串聯JV曲線圖

圖4-47 N719串聯JV曲線圖

表4-21 天然染料與N719染料並聯電池參數分析編號

染料樣品1電流樣品2電流並聯電流

玫瑰花 0.09021mA 0.08654mA 0.19860 mA 桔梗 0.11377mA 0.11422mA 0.19387 mA 石斛蘭 0.15570 mA 0.15060 mA 0.28976mA N719 1.96746 mA 1.90124 mA 3.75305mA

表4-22 天然染料與有機N719染料正規化並聯電池參數分析編號

染料樣品1電流樣品2電流並聯電流

玫瑰花 0.322178mA/ cm^-2 0.30909 mA/ cm^-2 0.70724 mA/ cm^-2 桔梗 0.402439mA/ cm^-2 0.40795 mA/ cm^-2 0.69242 mA/ cm^-2 石斛蘭 0.55607 mA/ cm^-2 0.53787 mA/ cm^-2 1.03487 mA/ cm^-2 N719 6.99734 mA/ cm^-2 6.72531 mA/ cm^-2 12.61265 mA/ cm^-2

圖4-48 並聯前後電流比較圖

圖4-49 正規化並聯前後電流比較圖

圖4-50 天然染料並聯IV曲線圖

圖4-51 N719並聯IV曲線圖

圖4-52 天然染料並聯JV曲線圖

圖4-53 N719並聯JV曲線圖

下表為串、並聯得轉換效率分析表，由表可知，N719整體的效率比天然染料好，並聯模組的轉換效率也較串聯的轉換模組效率佳。

表4-23 天然染料與有機合成N719串聯電池參數及轉換效率對照表參數

染料 Isc (mA) Jsc(mA/ cm^-2) Voc(V) F.F. Efficiency (%) 玫瑰花串聯 0.096130 0.343323 0.722214 0.261114 0.064744

桔梗串聯 0.114746 0.409808 0.851453 0.422998 0.135350 石斛蘭串聯 0.145508 0.519671 0.874823 0.504056 0.223032 N719 1.870422 3.308139 1.308571 0.581678 2.884141

表4-24 天然染料與有機合成N719並聯電池參數及轉換效率對照表參數

染料 Isc (mA) Jsc(mA/ cm^-2) Voc(V) F.F. Efficiency (%) 玫瑰花並聯 0.198608 0.707245 0.361186 0.276187 0.070551

桔梗並聯 0.193878 0.692422 0.396370 0.493158 0.149749 石斛蘭並聯 0.289764 1.034873 0.439371 0.560175 0.254708

N719 3.753052 12.61265 0.652757 0.671740 2.961782

4.6 各種不同染料太陽能電池效率分析

由文獻葉宸希[29]的效率分析，與本論文的效率分析做參考，本論文所使用的電解液為0.6M PMII＋0.05M I₂＋0.5M TBP＋0.1M LiI(AN)，對電極為鉑，染料分別為:

玫瑰花、桔梗、石斛蘭、N719，由下圖表可知，紫色染料及N719染料，相較於文獻葉宸希[29]的電壓及轉換效率較佳，但整體比較結果，N719的轉換效率最佳。(文獻葉宸希[29]太陽能所工作的電極面積為1cm²，本論文太陽能所工作的電極面積為 0.28cm²。

圖4-54 文獻[29]不同染料之 I-V 分析圖

圖4-55 文獻[29]不同電解質之I-V分析圖

圖4-56 文獻[29]不同對電極之I-V分析圖

圖4-57 玫瑰花I-V分析圖

圖4-58 桔梗I-V曲線圖

圖4-59 石斛蘭I-V曲線圖

100

圖4-60 N719I-V曲線圖

表4-25 文獻[29]不同合成有機染料之整體效率比較表膜厚開環電

壓(V)

短路電流 (mA)

轉換效率 PCE (%) PPDCA-0.1MTiO2, 12層 1.688μm 0.32274 -0.32835 0.030647 PNDCA-0.1MTiO2, 12層 1.688μm 0.36136 -0.37087 0.046317 PADCA-0.1MTiO₂, 12層 1.688μm

0.40541

-0.55438

0.068101

101

表4-26 文獻[29]不同電解質之整體效率比較

膜厚

開環電壓(V)

短路電流 (mA)

轉換效率 PCE (%) PADCA-0.1MTiO2, 4層

(PMMA+EC+γBL) 0.506μm 0.40539 -0.17604

0.034473

PADCA-0.1MTiO2, 4層

(PMMA+EC+EMC)

0.506μm 0.28489 -0.02276 0.003024

PADCA-0.1MTiO₂, 4層

(PMMA+EMC+γBL) 0.506μm 0.384 -0.25973 0.03321 PADCA-0.1MTiO₂, 4層

(PMMA+EC+EMC+γBL)

0.506μm 0.065349 -0.00101 0.000023

表4-27 文獻[29]不同對電極之整體效率比較

膜厚

開環電壓(V)

短路電流 (mA)

轉換效率 PCE (%) PADCA-0.1MTiO₂, 4層

碳纖維

0.506μm 0.40539 -0.17604

0.034473

PADCA-0.1MTi2, 4層白金

0.506μm 0.28489 -0.02276 0.003024

PADCA-0.1MTiO2, 12層碳纖維

0.506μm 0.384 -0.25973 0.03321

PADCA-0.1MTiO2, 12層白金

0.506μm 0.065349 -0.00101 0.000023

102

表4-28 本論文各種天然染料太陽電池各項參數及效率比較表參數

染料 Isc (mA) Jsc(mA/ cm^-2) Voc(V) F.F. Efficiency (%) 玫瑰花未振盪 0.1272 0.4546 0.3475 0.1918 0.0303 玫瑰花振盪 15 分 0.0802 0.2864 0.3329 0.1953 0.0186 玫瑰花振盪 30 分 0.0565 0.2020 0.3070 0.2002 0.0124 玫瑰花加熱法 0.0902 0.3221 0.3306 0.2581 0.0274 桔梗未振盪 0.2564 0.9157 0.3370 0.3266

0.1008

桔梗振盪 15 分 0.2129 0.7606 0.3280 0.3777

0.0942

桔梗振盪 30 分 0.2102 0.7508 0.3458 0.4172

0.1083

桔梗加熱法 0.1137 0.4063

0.4128

0.3888 0.0652 石斛蘭未振盪 0.1466 0.5237

0.4181

0.4673

0.1023

石斛蘭振盪 15 分 0.1862 0.6651

0.4114

0.4820

0.1319

石斛蘭振盪 30 分 0.1743 0.6226

0.4163

0.5172

0.1340

石斛蘭加熱法 0.1500 0.5378

0.4390

0.4519

0.1067

N719 1.9781 6.9973

0.6427

0.6412

2.5180

在文檔中中華大學碩士論文 (頁 92-118)

第四章 結果與討論

4.4 串、並聯模組的效率分析

0.064744

0.135350

0.223032

0.070551

0.149749

0.254708

4.5 天然與有機合成 N719 染料太陽電池效率分析

2.518046

2.518046

2.518046

0.642731 V 0.662105 V 1.308571 V

4.6 各種不同染料太陽能電池效率分析

0.40541

0.068101

0.034473

0.034473

0.1008

0.0942

0.1083

0.4128

0.4181

0.1023

0.4114

0.1319

0.4163

0.1340

0.4390

0.1067

0.6427

2.5180

第四章結果與討論