此部分實驗目的在於探討不同陽極處理方法製備的 TNT 光陽極微結構及紫質染料 分子結構，對於 NT-DSSC 元件的電子傳遞及電荷重組動刂學造成的影響。我們結合 I-V 效能、染料吸附量的檢測及瞬態光電流/光電壓衰減技術的量測分析，可歸納出以下結論。
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
(1) I-V 效能及染料吸附量之檢測：JSC趨勢為：Hybrid-TNT＞cv-TNT＞cc-TNT，推測 是由於 cv-TNT 及 Hybrid-TNT 的管徑較大且管壁縫隙較鬆散，可容納較多 N719 染 料，且其表面及內部缺陷較少，可函速電子傳遞速率；而 VOC 趨勢為：cc-TNT＞
cv-TNT＞Hybrid-TNT，推測是由於 cc-TNT 的頂部結構較緊密且管徑較小，電解液 不容易和底部的阻障層接觸，可減慢電荷重組的速率。
(2) 瞬態光電流/光電壓衰減技術之量測分析：藉由擬合瞬態光電流衰減圖譜，得知電子 擴散係數(Dn)趨勢為：Hybrid-TNT≧cv-TNT＞cc-TNT；而擬合瞬態光電壓衰減圖 譜，得知電子生命期(R)趨勢為：cc-TNT＞cv-TNT＞Hybrid-TNT。cc-TNT 雖然具有 電子傳遞速率較慢的缺點，但其電荷重組速率也較慢，因此整體效能只略低於 Hybrid-TNT 及 cv-TNT。此實驗結果符合 transport-limited recombination 機制。
(3) 藉由分析C v.s JSC之曲線圖，可以推導出 Hybrid-TNT 的值為 0.352± 0.011，m C 值約為 72.92 mV； cv-TNT 的 值為 0.373±0.013，m 值約為 68.92 mV；cc-TNT C
的 值為 0.312± 0.013，m 值約為 82.36 mV。由此可知，cc-TNT 的 trap states 較 C 多且 TiO2導帶 band tail 較寬廣，因而造成 cc-TNT 的電子傳遞速率較慢，但由於其
電荷重組速率會受限於電子傳遞速率，因此 cc-TNT 的電荷重組速率也較慢。
(4) 在不同光強度下，電荷收集效率(CC)有不同趨勢。低光強度下，趨勢為：Hybrid-TNT ≧cv-TNT＞cc-TNT；而高光強度下，趨勢為：cv-TNT≧Hybrid-TNT＞cc-TNT。推 測是由於在高光強度下，由於 cv-TNT 的 trap states 最少，光注入電荷增多可快速填
159
滿 trap states，因此 cv-TNT 的電子傳遞速率變快，且其電荷重組速率慢於 Hybrid- TNT，因此在高光強度下，cv-TNT 的電荷收集效率會高於 Hybrid-TNT。
(5) 由 C v.s VOC之曲線圖，觀察到 TiO2導帶 band edge 位置：cc-TNT＞Hybrid-TNT＞
cv-TNT；而R v.s JSC之曲線圖，R的趨勢為：cc-TNT＞cv-TNT＞Hybrid-TNT。整 體而言，由 VOC v.s log I(0)之曲線圖，觀察到 VOC的趨勢為：cc-TNT＞cv-TNT≧
Hybrid-TNT，雖然 Hybrid-TNT 的導帶 band edge 高於 cv-TNT，但 Hybrid-TNT 的 電荷重組速率較快，會導致其 Fermi level 較低，VOC隨之降低。因此，元件 VOC 會取決於其 TiO2導帶 band edge 位置及電荷重組速率。
整體而言，Hybrid-TNT 的電子傳遞速率最快(Dn最大)，雖然電荷重組速率也最快(R
小)，但其電荷收集效率最高，整體效率與 cv-TNT 相近，表示 Hybrid-TNT 的內部缺陷 較少，且 Hybrid-TNT 可有效縮短陽極處理成長時間，減少因 TiO2/電解液界面發生化學 溶解反應而產生的多孔性(porous)結構，例如：TNT 倒塌、聚集、與蝕刻孔的情形。
Ⅱ. YD 紫質染料在 NT-DSSC 上的電子傳遞動刂學研究
(1) I-V 效能及染料吸附量之檢測：染料吸附速率：YD11≧YD12＞YD13，因此 YD13 的 LHE 略低。JSC的趨勢為：YD11≧YD12＞YD13，而 VOC的趨勢為：YD12≧YD11 ＞YD13。YD13 的 ISC及 VOC都遠低於 YD11 及 YD12。
(2) 吸收及螢光穩態光譜：自 YD11 到 YD13，吸收波長會逐漸紅位移，理論上預期 YD13 的 LHE 會最高。然而相對於 YD11 及 YD12 而言，YD13 在 Hybrid-TNT 薄膜上的 紅移現象較明顯，暗示 YD13 在 TiO2薄膜上很容易因為染料自身的-作用刂而堆 疊聚集，因而發生染料分子間的能量轉移，會降低 YD13 電子注入效率，導致 YD13/
NT-DSSC 元件的 VOC較低。
(3) 瞬態光電流/光電壓衰減技術之量測分析：藉由擬合瞬態光電流衰減圖譜，得知電 子擴散係數(Dn)趨勢為：在低光強度時，YD12≧YD11＞YD13；但在高光強度下，
160
YD12≧YD13＞YD11，推測是由於高光強度時，由 YD13 染料注入 Hybrid-TNT 薄膜內的電子數目會遽增，可以有效地提升電子傳遞的速率，並克服 YD13 染料 分子因聚集導致電子注入效率低落的缺點。而擬合瞬態光電壓衰減圖譜，得知電 子生命期(R)趨勢為：YD12＞YD11＞YD13，YD13 的電荷重組速率最快。
(4) 藉由分析C v.s JSC之曲線圖，可以推導出 YD11/NT-DSSC 的 值為 0.385± 0.031，
m 值約為 66.75 mV； YD12/NT-DSSC 的C 值為 0.279± 0.026，m 值約為 92.17 mV； C YD13/NT-DSSC 的 值為 0.097± 0.092，m 值約為 265.49 mV。由此可知，YD13/ C NT-DSSC 的 TiO2內 trap states 最多且 TiO2導帶 band tail 最寬廣，因而造成 YD13/
NT-DSSC 的電子傳遞速率最慢。
(5) 在不同光強度下，電荷收集效率(CC)有不同趨勢。低光強度下，趨勢為：YD12＞
YD11＞YD13；而高光強度下，趨勢為：YD12＞YD13＞YD11。推測是由於高光 強度時，YD13 染料注入 Hybrid-TNT 薄膜內的電子數目會增函，能快速填滿 TiO2
內部的 trap states，因此有效提升了 YD13/NT-DSSC 元件的電子傳遞速率，改善
YD13 染料分子因聚集發生能量轉移而導致電子注入效率低落的缺點。
(6) YD13/NT-DSSC 元件的 VOC降低有兩個原因： 因 YD13 染料聚集使得電子注入 效率降低，導致 TiO2內 trap states 無法快速填滿，Fermi level 因而降低。 電荷 重組速率太快，TiO2內電子密度較少，造成 Fermi level 降低。
YD13 由於染料分子間容易因自身的-作用刂而堆疊聚集，會發生能量轉移，導致 其電子注入效率大幅降低，這會造成 VOC降低；且 YD13 的電荷重組速率最快，也會降 低 VOC。而 YD13 的 JSC較低，主因是由於其電子注入效率太低。在高光強度下，由於 光注入 TiO2內電子密度變多，會快速填滿 TiO2內 trap states，函速 YD13 的電子傳遞速 率，YD13/NT-DSSC 元件的 JSC及 VOC因而提升。
161