正向照光與背向照光

平常以二氧化鈦奈米球作為光電極之研究，皆為使用透明之導電玻璃 作為基板，屬於正向照光的方式來進行反應，由於陽極氧化法為將鈦金屬 直接氧化，藉由此法所製備的二氧化鈦奈米管陣列成型後座於鈦基板上，

鈦基板並不透光，直接使用僅能以背向照光來進行反應，若要使二氧化鈦 奈米管陣列能夠使用正向照光，需要對二氧化鈦奈米管進行處理，對於二 氧化鈦奈米管陣列所製成之染料敏化太陽能電池，以其照光方式做以下分 述：

1. 背向照光：

由於陽極氧化法製作完成之後，二氧化鈦奈米管直接長於鈦基板上，

由於鈦基板並不具備透光性，若欲直接使用會將二氧化鈦奈米管連同鈦基 板作為光電極材料，對電極的部分則是沉積白金薄膜於導電玻璃上，使背 面得以透光，而在電池運行時便是以背向的對電極部分照光進行[28]，背 向照光之染料敏化太陽能電池架構如圖 2.15 所示[28]。

圖 2.15 背向照光之染料敏化太陽能電池示意圖[28]

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2. 正向照光：

二氧化鈦奈米管陣列要以正向照光用於染料敏化太陽能電池有幾種 方式，一為導電玻璃濺鍍鈦金屬薄膜後以陽極氧化法處理，一為於鈦基板 長成二氧化鈦奈米管陣列薄膜後，將薄膜取下並轉移黏著至導電玻璃上。

第一種方法將鈦金屬先濺鍍至導電玻璃上形成一薄膜後，再對此薄膜 進行氧極氧化法，直接將二氧化鈦奈米管陣列制備於導電玻璃上，利用此 方式將染料敏化太陽能電池各層組合便能夠使用正向照光進行反應，根據 文獻[29]，正向照光相對於背向照光會有更高的光電轉換效率，而該方法 所製作之二氧化鈦奈米管陣列的透光程度如圖 2.16[29]，其中 a 為濺鍍於 導電玻璃上之鈦金屬薄膜、b 為陽極氧化過之奈米管陣列薄膜、c 為熱處理 相轉變過後之奈米管陣列薄膜，而此種正向照光之染料敏化太陽能電池之 示意圖如圖 2.17 所示[29]。

圖 2.16 沉積鈦金屬薄膜所製成之正向照光用光電極的透光程度[29]

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圖 2.17 正向照光之染料敏化太陽能電池示意圖[29]

將二氧化鈦奈米管陣列用於正向照光的另一種方式為奈米管陣列薄 膜的轉移，根據其轉移方式不同又可以分為兩種，一種為利用 HCl 腐蝕將 奈米管陣列薄膜脫離鈦基板；另一種為先將奈米管陣列薄膜進行熱處理，

使其轉換成銳鈦礦相，而後進行二次陽極氧化長出第二層的薄膜，並使用 選擇性溶液腐蝕第二次陽極氧化所製備之薄膜，使第一層薄膜得以脫落。

根據文獻[30]，在陽極氧化法製作奈米管陣列完成之後，利用 0.1M 之 HCl 可以使奈米管陣列薄膜與鈦基板之間的阻障層被侵蝕，進而達到轉移 的目的，而後將薄膜以 100mM 之 TTIP 作為黏著劑，將奈米管陣列薄膜附 著於 FTO 導電玻璃上後進行熱處理，以此作為染料敏化太陽能電池之光電 極，其脫膜步驟示意圖及實際照片如圖 2.18[30]。

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圖 2.18 二氧化鈦奈米管陣列脫膜步驟示意圖及實際照片[30]

由於鈦在經過第一次陽極氧化之後，所形成之奈米管陣列為非晶結構 之狀態，若此時先將奈米管陣列薄膜進行熱處理處理，奈米管陣列之二氧 化鈦結構將會自非晶結構相轉變為銳鈦礦相，並且因為具有晶相結構後，

其結晶性增加了奈米管薄膜之強度，因此利用二次陽極氧化作為轉移奈米 管陣列之方式時，此方法具有平整不易翹曲之優點。

如文獻[31]所述，經過陽極氧化法處理所產生二氧化鈦奈米管經過熱 處理之後，形成了銳鈦礦相結構，再次對此試片進行二次陽極氧化，新生 成之二氧化鈦奈米管結構為未經過熱處理前之非晶結構，此二種結構之差 異可以利用選擇性溶液 H2O2 對非晶結構進行腐蝕，去除掉介於奈米管陣 列薄膜與鈦基板之間的非晶結構後，便能得到能夠轉移之奈米管陣列薄膜，

之後便以 TTIP 作為黏著劑將奈米管陣列薄膜黏著於 FTO 上作為光電極，

其中二次陽極氧化脫膜步驟示意圖如圖 2.19[31]，而二次陽極氧化脫膜成 品照片與側面 SEM 如圖 2.20[31]。

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圖 2.19 二次陽極氧化脫膜示意圖[31]

圖 2.20 二次陽極氧化脫膜成品照片與側面 SEM[31]

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