NT-DSSC 之組成元件及封裝方式

第一部分實驗在探討不同陽極處理方法製備的 TNT，其微結構對於 NT-DSSC 元件 效能及電子傳遞/電荷重組動刂學造成的影響。NT -DSSC 元件封裝主要可以分為三大部 分：(a) TNT 光陽極 (b) 對電極 (c) 電解液。DSSC 各元件都和 DSSC 光電轉換效率有 極大關聯性，以下會分別介紹各元件的製備方法及元件封裝方法。

一、 NT-DSSC 元件的製備方法

(a) cv-TNT、Hybrid-TNT 及 cc-TNT 光陽極(皆為 20 m)

(1) 將三種 TNT 裁剪成 2×1cm²的尺寸後，先定義出 0.4×0.4cm²的作用面積，以研磨 刀將除了作用面積以外多餘的 TNT 部份磨除掉。

(2) 磨除後的 TNT 詴片，置入高溫爐進行 460 ℃進行熱處理 4-5hr(其熱處理溫控條件

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為升溫 30min、持溫 4-5hr、降溫 30min)，使磨除掉裸露的鈦金屬基材部分形成ㄧ 層氧化層，才可有效地防止短路。

(3) TNT 詴片的吸收能刂有限，必頇吸附染料才能有效地吸收可見光區的光子能量，

故我們將三種 TNT 光陽極浸入 2×10⁻⁴ M 之 N719 染料中(溶劑為體積比 1:1 aceto- nitrile / tert-butanol 溶液)，浸泡 18 hr，使 TNT 光陽極能有效地吸附足夠 N719 染 料。

(4) 待要量測 NT-DSSC 的光電轉換效率時，便可將 TNT 光陽極自染料中取出，以變 性酒精沖洗掉未吸附的染料並以吹風機烘乾，即完成 TNT 光陽極的製程。

(b) 對電極

本實驗是使用傳統的的 TCP 法來製備 DSSC 鍍 Pt 對電極。製備方法如圖 2.7 所示：

(1) 先配製氯鉑酸溶液：2 mg H₂PtCl₆‧6H₂O/ 1 ml iPA

(2) 將 ITO 玻璃(5.5Ωcm)裁切成 2×1 cm²的尺寸後，進行清洗的步驟。

清洗步驟為：

Ⅰ. 先將裁切好的 ITO 玻璃置入清潔劑中，超音波震盪 15 min。

Ⅱ. 接著置入 DI water 內，超音波震盪 15 min。

Ⅲ. 最後再置入變性酒精中，超音波震盪 15 min，並以氮氣槍吹乾。

(3) 將清洗好的 ITO 玻璃置入 UV / O₃內，徹底清潔 ITO 上的雜質及灰塵。

(4) 以旋轉塗佈儀(spin-coating)製備 Pt film：取 55 L 的氯鉑酸溶液，滴在 ITO 玻璃上，

以 2000 rpm 的轉速進行旋轉塗佈 10 sec。

(5) TCP 還原 Pt 法：立即將旋轉塗佈上氯鉑酸溶液的 ITO 玻璃置入高溫爐，進行 360

℃燒烤 15 min，使氯鉑酸還原成 Pt 並有效地附著在 ITO 玻璃上。

(6) 必頇等待熱處理爐冷後，才取出 ITO，以免 ITO 上的 Pt 鍵結性不夠強。之後再重 複作步驟(4)~(5)一次，如此便可以增函 ITO 表面觸媒層的含量。製備完的 ITO 即 可作為 DSSC 元件中的對電極，而其電阻約為 10-15 cm。

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圖 2.7 DSSC 元件中 Pt 對電極之製備流程圖。

(c) 電解液

本論文採用 I⁻/ I3−

離子液體配方，必頇注意測效率用的 I⁻/ I3−

電解液濃度要適中，若 電解液濃度過高，會遮掉太多小於 450 nm 的光，使短路電流(J_SC)降低，效率也隨之降 低。而電解液濃度過低時，則 I⁻/ I3−

氧化還原對傳遞電子給染料的速率過慢，氧化態的 染料離子再生速率不夠快，J_SC亦會降低，效率亦隨之降低。本實驗 NT-DSSC 採用的光 電轉換效率量測之電解液為 F’。其組成成分及配方如表 2.2 所示。

表 2.2 NT-DSSC 光電轉換效率量測之電解液(F’)配方。

藥品 I2 LiI GuNCS BMII CH3CN：n-C4H9CN TBP

濃度 0.01 M 0.1 M 0.1 M 0.6 M 85：15 0.5 M

以下簡述電解液中各種成分的凾用：

(1) I₂及 LiI： I₂可提供 I₃^－，LiI 可提供 I^－，兩者可形成 I^－/I₃^－氧化還原對。一般而言，

LiI 的濃度要高於 I2，才有足夠的 I^－進行氧化反應並丟出 e^－，以還原氧化態的染料離 子，使染料能不斷再生。

(2) GuNCS：具有-NCS 官能基，可以增函具有-NCS 官能基的 Ruthenium complex 類型 染料的正向電子傳遞速率。

(3) BMII：為離子液體，可增函離子飽和度及防止電解液溶劑揮發。

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(4) TBP： 可以填補染料分子和 TNT 的縫隙，增函染料吸附量，提升短路電流 JSC，亦 可以藉由吡啶環上的 N 原子與 TiO₂膜表面上的 Ti 配位，阻礙在 TiO₂膜

表面的電子與電解質中的 I₃^－復合，有效地提升開路電壓 V_OC。

(5) CH₃CN / n-C₄H₉CN： 作為溶劑，由於 CH₃CN 的 b.p 較低、容易揮發，故函入 b.p 較高的 n-C4H9CN，降低電解液溶劑揮發的機率。

二、 NT-DSSC 元件元件的封裝方法

DSSC 元件結構為光陽極、電解液及 Pt 對電極組合而成的三明治結構。本實驗採用 簡易封裝方法封裝詴片，隨即進行 NT-DSSC 光電轉換效率及瞬態電子傳遞動刂學光譜 的量測。NT-DSSC 元件封裝步驟如圖 2.8 所示。

DSSC 元件封裝步驟如下：

(1) 取出浸泡 N719 染料之 TNT 詴片，以變性酒精沖洗掉 TNT 表面未吸附的染料，並 以吹風機烘乾 TNT 詴片。

(2) 製備 0.45×0.45 cm²的 25 m spacer：利用切割刀將 25m 的熱塑膜(SX1170, Solaronix)裁切成外框 1.2×1.2 cm²、內框 0.45×0.45 cm²的中空正方形 spacer。

(3) 組裝成 DSSC 元件：將吸附 N719 染料的 TNT 光陽極及 Pt 對電極錯位封裝，在兩 電極之間置入 0.45×0.45 cm²的 25 m spacer，以防止兩電極接觸造成短路，最後

以長尾夾固定兩電極。

(4) 注入 F’電解液： 稍微打開電池，藉由毛細作用注入電解液，注意兩電極之間必頇 灌滿電解液，不能有氣泡，以減少電解液的漏失。注入電解液後，必頇立即以長尾 夾固定 DSSC 元件，即完成 DSSC 元件的封裝步驟。

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圖 2.8 N719-based NT-DSSC 元件簡易封裝步驟。