瞬態光電流/光電壓衰減技術之量測方法

2

2

1 2 4 0 ( / )

( ) ( / )

e S C

p in

N I A cm

IPCE N  nm P W cm

  

 (1.8)

其中λ為入射單色光的波長，Pin為入射單色光的凾率。

IPCE 又可定義為： I P C E( )  L H E( )  _{i n j}_{C C} (1.9)

LHE( ) 為光捕獲效率，_inj為電子注入的量子效率，_CC為注入 TiO₂ 電子被 TCO 電極收集的效率。

2.4.3 瞬態光電流/光電壓衰減技術之量測方法

本論文著重於對光陽極材料及染料兩部分進行分析研究。在光陽極材料部分，採用 三種不同的陽極處理方法製備不同微結構的一維 TiO2奈米管陣列，藉由瞬態光電流/光 電壓衰減技術量測分析來探討三種材料結構缺陷的多寡、trap states 的深度對於電子傳遞 及電荷重組過程造成的影響；而在染料部分，則採用中興大學葉鎮宇老師實驗室合成的 YD 系列紫質染料：YD11、YD12 及 YD13，藉由穩態光譜來探討三種染料結構及其聚 集效應對於其光電轉換效率的影響，並藉由瞬態光電流/光電壓衰減技術量測分析來探討 三種染料結構對元件電子傳遞及電荷重組過程造成的影響。

Ⅰ. 不同陽極處理法製備二氧化鈦奈米管的電子傳遞動刂學研究

此部分實驗採用圖 2.11 的瞬態光電流/光電壓衰減光譜量測系統，本套系統是使用 連續性的 diode laser 光源作為 bias light (for N719, λ=532nm)照射在 DSSC 元件上，使 TiO2產生很大的穩態背景值(Isc or VOC)，以模擬太陽光下 DSSC 的運作行為；再採用微 弱的 430 nm 脈衝雷射(NT342, EKSPLA, pulse duration ~10 ns 的 Nd-YAG/OPO laser) 照 射在 DSSC 元件，重疊在 bias light 上提供微擾，產生Isc orVOC值，必頇控制 probe light 的強度小於 bias light 的 1/100 倍，如圖 2.12 所示。藉由調整 neutral density filters 改變

80

bias light 的強度，以下會採用不同的 bias light 強度，導致注入 TiO2電子數目不同，可 使 TiO2處於不同的穩態，再以 probe light 進行微擾，產生額外電子的電流或電壓值(Isc 及V_OC)，瞬態光電流及光電壓都會隨時間衰減。由於 NT-DSSC 為背照式元件，因此 bias light 及 probe light 皆自 EE side 照光。

在短路下測量 Isc decay 得到的瞬態光電流衰減圖譜數據，會藉由電流放大器(SR570, SRC)放大訊號後，轉由示波器(LeCroy 9350)紀錄讀出訊號，即可得到 11 個不同強度下 的瞬態光電流衰減圖譜。藉由適當的動刂學模型去擬合瞬態光電流衰減圖譜數據，可以 得到不同光強度下，NT-DSSC 元件的電子擴散係數(D_n)，再藉由動刂學公式，去推導出 NT-DSSC 元件中的各項動刂學參數：Q、_C、k_ed。

而外函無限大電阻(R→∞)後，在開路下測量 V_OC decay 得到的瞬態光電壓衰減圖譜 數據，會藉由電壓放大(SR560, SRC)放大訊號後，轉由示波器(LeCroy 9350)紀錄讀出訊 號，即可得到不同強度下的瞬態光電壓衰減圖譜。藉由適當的動刂學模型去擬合瞬態光 電壓衰減圖譜數據，可以得到不同光強度下，NT-DSSC 元件的電子生命期(_R)，再藉由 動刂學公式，去推導出 NT-DSSC 元件中的各項動刂學參數： ket、C_。

圖 2.11 不同陽極處理方法製備之 TNT 封裝成 NT-DSSC 元件，

採用的瞬態光電流/光電壓衰減技術量測系統圖。

81

ISC decay VOC decay

圖 2.12 不同陽極處理方法製備之 TNT 封裝成 NT-DSSC 元件，採用的瞬態光電流/光電 壓衰減技術量測系統測得的瞬態光電流/光電壓衰減圖譜示意圖。

Ⅱ. YD 紫質染料在 NT-DSSC 上的電子傳遞動刂學研究

此部分實驗採用圖 2.13 的瞬態光電流/光電壓衰減技術量測系統，本套系統是使用 連續性的 diode laser 光源作為 bias light (for Porphyrin dye, λ=635nm)照射在 DSSC 元 件上，使 TiO₂產生很大的穩態背景值(Isc or V_OC)，以模擬太陽光下 DSSC 的運作行為；

而 probe light 波長則取用 532 nm 的連續性 diode laser 光源連接上 pulse generator(產生 1Hz 的 pulse)，並以 shutter 控制 probe light 的開關的間隔時間，必頇控制 probe light 的 強度，使其強度小於 bias light 的 1/100 倍，藉此提供 DSSC 元件一道微擾，在穩態背景 值之上產生Isc or VOC值，如圖 2.14 所示。藉由調整 neutral density filters 可改變 bias light 的強度，以下會採用不同的 bias light 強度，導致注入 TiO2電子數目不同，可使 TiO2

處於不同的穩態，再以 probe light 進行微擾，提供額外電子的電流及電壓值(Isc 及

VOC)。由於 NT-DSSC 為背照式元件，因此 bias light 及 probe light 皆自 EE side 照光。

在短路下測量 Isc decay 得到的瞬態光電流衰減圖譜數據，會藉由電流放大器(SR570, SRC)放大訊號後，轉由示波器(LeCroy 9350)紀錄讀出訊號，即可得到不同強度下的瞬態 光電流衰減圖譜。藉由適當的動刂學模型去擬合瞬態光電流衰減圖譜數據，可以得到不 同光強度下，NT-DSSC 元件的電子收集時間(C)，再藉由動刂學公式，去推導出 NT-DSSC

82

元件中的各項動刂學參數：D_n、k_ed、Q。

而外函無限大電阻(R→∞)後，在開路下測量 V_OC decay 得到的瞬態光電壓衰減圖譜 數據，會藉由電壓放大(SR560, SRC)放大訊號後，轉由示波器(LeCroy 9350)紀錄讀出訊 號，即可得到 11 個不同強度下的瞬態光電壓衰減圖譜。藉由適當的動刂學模型去擬合 瞬態光電壓衰減圖譜數據，可以得到不同光強度下，NT-DSSC 元件的電子生命期(_R)，

再藉由動刂學公式，去推導出 NT-DSSC 元件中的各項動刂學參數： ket、C_。

圖 2.13 Porphyrin-based NT-DSSC 元件採用的瞬態光電流/光電壓衰減技術量測系統圖。

ISC decay VOC decay

圖 2.14 Porphyrin-based NT-DSSC 元件採用的瞬態光電流/光電壓衰減技術量測系統測 得的瞬態光電流/光電壓衰減圖譜示意圖。

83