Ảnh hưởng của lớp phim tio2 và kích thước tế bào pin lên hiệu suất pin dssc chế tạo trên nền kính dẫn điện

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU ˜ ² ™ HOÀNG THỊ THẢO ẢNH HƯỞNG CỦA LỚP PHIM TIO2 VÀ KÍCH THƯỚC TẾ BÀO PIN LÊN HIỆU SUẤT PIN DSSC CHẾ TẠO TRÊN NỀN KÍNH DẪN ĐIỆN Chuyên ngành: Vật liệu cao phân tử tổ hợp Mã số ngành: 60.52.94 LUẬN VĂN THẠC SỸ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 2009 Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU ˜ ² ™ LUẬN VĂN THẠC SỸ ẢNH HƯỞNG CỦA LỚP PHIM TIO2 VÀ KÍCH THƯỚC TẾ BÀO PIN LÊN HIỆU SUẤT PIN DSSC CHẾ TẠO TRÊN NỀN KÍNH DẪN ĐIỆN GVHD : TS NGUYỄN THANH LỘC TS NGUYỄN THẾ VINH Thực : HOÀNG THỊ THẢO MSHV 00308445 : THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 2009 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày tháng năm 2010 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: HOÀNG THỊ THẢO Ngày, tháng, năm sinh: 28 tháng 04 năm 1983 Chuyên ngành: Công nghệ vật liệu cao phân tử tổ hợp Phái: Nữ Nơi sinh: Lâm Đồng MSHV: 00308445 I- TÊN ĐỀ TÀI: ẢNH HƯỞNG CỦA LỚP PHIM TIO2 VÀ KÍCH THƯỚC TẾ BÀO PIN LÊN HIỆU SUẤT PIN DSSC CHẾ TẠO TRÊN NỀN KÍNH DẪN ĐIỆN II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: • Khảo sát ảnh hưởng lớp phim TiO2 kính dẫn điện FTO đến hiệu suất pin mặt trời DSSC • Khảo sát ảnh hưởng kích thước tế bào pin đến hiệu suất pin mặt trời DSSC • Khảo sát độ bền pin DSSC kính dẫn điện FTO xạ mặt trời TP HCM III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Tiến sĩ NGUYỄN THANH LỘC Tiến sĩ NGUYỄN THẾ VINH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 02/02/2009 30/11/2009 CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH TS NGUYỄN THANH LỘC Nội dung đề cương luận văn thạc sĩ Hội đồng chun ngành thơng qua TRƯỞNG PHỊNG ĐT – SĐH Ngày tháng năm TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học 1: TS Nguyễn Thanh Lộc Cán hướng dẫn khoa học 2: TS Nguyễn Thế Vinh (Hiện công tác Hoa Kỳ) Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 2010 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG: Họ tên: HỒNG THỊ THẢO Ngày, tháng, năm sinh: 28/04/83 Địa liên lạc: 269 Nguyễn Công Trứ - P2 - Thị xã Bảo Lộc - Lâm Đồng Nơi sinh: Đức Trọng – Lâm Đồng QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Từ 2001 – 2006 : Chuyên ngành Vật Lý Chất rắn – ĐH Khoa học Tự Nhiên - ĐHQG TP.HCM Từ 2007 – : Chuyên ngành Công nghệ vật liệu cao phân tử tổ hợp- ĐH Bách Khoa - ĐHQG TP.HCM LỜI CẢM ƠN Với tất lòng biết ơn, em xin gửi đến thầy Nguyễn Thanh Lộc thầy Nguyễn Thế Vinh lời cảm ơn chân thành, thầy nhiệt tình hướng dẫn dạy để em hoàn tất luận văn Cảm ơn thầy cô Khoa Công nghệ Vật Liệu - Đại học Bách Khoa TP HCM, đặc biệt thầy cô Bộ môn Công nghệ vật liệu cao phân tử tổ hợp tận tình giảng dạy, cho chúng em kiến thức bổ ích suốt thời gian học tập nghiên cứu Cảm ơn thầy cô Bộ môn Cơ sở giúp đỡ, tạo điều kiện cho chúng em làm việc Phịng Thí nghiệm Ăn mòn xử lý bề mặt Phòng Thí nghiệm Bộ mơn Cơ sở Cảm ơn thầy Trần Quang Trung - Phịng Thí nghiệm Bộ mơn Vật lý Chất rắn thầy Nguyễn Thái Hồng - Phịng Thí nghiệm Hóa Lý - Đại học Khoa học Tự nhiên - TP HCM giúp đỡ, tạo điều kiện cho chúng em tạo mẫu, đo đạc, giúp đỡ vật liệu thiết bị thí nghiệm cho chúng em góp ý chân thành đề tài nghiên cứu Em xin chân thành cảm ơn thầy Lưu Tuấn Anh thầy Lê Văn Thăng giúp đỡ chúng em, cho chúng em lời khuyên trình thực đề tài Cảm ơn hai người bạn Nguyễn Phước Hiệp Huỳnh Tấn Phát, cảm ơn chị Lê Thụy Thanh Giang, cảm ơn bạn Cao học CNVL07, sát cánh bên tôi, giúp đỡ chia sẻ với tơi khó khăn học tập nghiên cứu Cảm ơn ba mẹ, chị em trai bên, giúp đỡ, động viên, truyền cho nghị lực để thêm vững tin vượt qua trở ngại sống Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn chúc người sức khỏe, hạnh phúc thành đạt HOÀNG THỊ THẢO DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ Preparation of TiO2 Thin Film Using Modified Doctor-Blade Method for Improvement of Dye- Sensitized Solar Cell, Tan-Phat Huynh, Thi-Thao Hoang, Phuoc-Hiep Nguyen, Thanh-Nam Tran, TheVinh Nguyen, Proceedings of The 34th IEEE Photovoltaics Specialists Conference, Philadelphia, PA, USA - June 7-12th, 2009, pp 2168-2771: 34 IEEE-IEEE Catalog Number CFP09PSC-CDR -ISBN 9781-4244-2950-9 ISSN 0160-8371 Fabrication of Dye-Sensitized Solar Cell With Nanocrystalline TiO2 Prepared From Crude TiOSO4 Solution By Microwave-Assisted Method, Phuoc-Hiep Nguyen, Tan-Phat Huynh, Thi-Thao Hoang, The-Vinh Nguyen, Hiep-Hoa Nguyen, Thi-Thu- Trang Nguyen, Van-Dzung Nguyen, Proceedings of The 2009 International Forum on Strategic Technologies - IFOST 2009, Ho Chi Minh, Vietnam, Oct 21-23, 2009, pp 146-149 Study on Improvement of TiO2 Thin Film for Dye-Sensitized Solar Cell and Its Stability Under Natural Sunlight Irradiation, Thi-Thao Hoang, Tan-Phat Huynh, Phuoc-Hiep Nguyen, Thanh-Loc Nguyen, The-Vinh Nguyen, Proceedings of The 2009 International Forum on Strategic Technologies IFOST 2009, Ho Chi Minh, Vietnam, Oct 21-23, 2009, pp 165-169 Study on Fabrication of Dye-Sensitized Solar Cell Using nanoporous TiO2, TiO2-SiO2 & N- Doped TiO2-SiO2 Thin Films Prepared By Sol-gel & Doctor-Blade Methods, Thi-Thao Hoang, TanPhat Huynh, Phuoc-Hiep Nguyen, Thanh-Loc Nguyen, The-Vinh Nguyen, Proceedings of The 2nd International Workshop on Nanotechnology and Application IWNA 2009 - Vung Tau City, Vietnam, Nov 12-14, 2009, pp 573-578 Fabrication of Flexible Dye-Sensitized Solar Cell Using Polymer-Based Gel Electrolyte and TiO2 Thin Film Prepared By Modified Doctor-Blade Method, Tan-Phat Huynh, Phuoc-Hiep Nguyen, Thi-Thao Hoang, Thanh-Loc Nguyen, The-Vinh Nguyen, Proceedings of The 2nd International Workshop on Nanotechnology and Application IWNA 2009 - Vung Tau City, Vietnam, Nov 12-14, 2009, pp 579-583 i MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC BẢNG vii DANH MỤC HÌNH ix DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xiv CHƯƠNG MỞ ĐẦU 19 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 19 1.1.1 Tình hình lượng giới 19 1.1.2 Tổng quan nghiên cứu nước 20 1.1.2.1 Các cơng trình nghiên cứu ngồi nước 20 1.1.2.2 Các công trình nghiên cứu nước 23 1.1.3 Sự cần thiết phải thực nghiên cứu 25 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 26 1.3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 26 1.3.1 Đối tượng nghiên cứu 26 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu 27 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28 1.4.1 Phương pháp hồi cứu 28 1.4.2 Các phương pháp thí nghiệm phân tích 28 1.4.2.1 Chế tạo hợp chất dạng bột sở vật liệu TiO2 28 1.4.2.2 Chế tạo vật liệu TiO2 dạng ống nano từ P25 29 1.4.2.3 Tạo dung dịch huyền phù 30 1.4.2.4 Chế tạo, đánh giá đặc tính hóa lý lớp phim mỏng sở vật liệu TiO2 30 HVTH: HOÀNG THỊ THẢO ii 1.4.2.5 Chế tạo đánh giá đặc tính điện hóa quang DSSC sở vật liệu TiO2 hợp chất nhạy quang 30 1.4.4 Phương pháp xử lý số liệu 31 1.5 TÍNH MỚI, Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA NGHIÊN CỨU 31 1.5.1 Tính đề tài 31 1.5.2 Tính khoa học đề tài 32 1.5.3 Ý nghĩa đề tài 32 1.5.3.1 Ý nghĩa lý luận đề tài 32 1.5.3.2 Ý nghĩa thực tiễn đề tài 32 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ PIN MẶT TRỜI SỬ DỤNG CHẤT MÀU NHẠY QUANG (DSSC) 34 2.1.GIỚI THIỆU 34 2.2.CẤU TRÚC – VẬT LIỆU 35 2.2.1 Đế thủy tinh phủ lớp dẫn điện suốt 36 2.2.2 Điện cực quang TiO2 39 2.2.2.1 Vật liệu TiO2 39 2.2.2.2 Tổng quan phương pháp Sol-gel điều chế loại bột chứa thành phần TiO2 42 2.2.3 Chất nhạy quang – phức Ru 45 2.2.4 Hệ điện li ơxi hóa khử 46 2.2.5 Điện cực đối 48 2.3.NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA DSSC 48 2.4 ĐỘNG HỌC CỦA QUÁ TRÌNH TRUYỀN ELECTRON TRONG DSSC 53 2.4.1 Sự bơm electron từ chất màu sang TiO2 55 2.4.2 Truyền electron màng TiO2 56 HVTH: HOÀNG THỊ THẢO iii 2.4.3 Sự tái hợp điện tích: 59 2.5 HẠN CHẾ – KHẮC PHỤC 59 CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 63 3.1 HOÁ CHẤT VÀ DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM 63 3.1.1 Hóa chất thí nghiệm 63 3.1.1.2 Các hóa chất sử dụng để điều chế bột sở vật liệu TiO2 phạm vi đề tài: 63 3.1.1.2 Các hóa chất vật liệu sử dụng để chế tạo DSSC phạm vi đề tài: 64 3.1.2 Dụng cụ thiết bị thí nghiệm 67 3.1.2.1 Các dụng cụ phục vụ thí nghiệm điều chế hợp chất chứa thành phần TiO2 phương pháp Sol-gel bao gồm: 67 3.1.2.2 Các thiết bị dụng cụ sử dụng thí nghiệm chế tạo DSSC: 68 3.2 THÍ NGHIỆM ĐIỀU CHẾ CÁC HỢP CHẤT CHỨA THÀNH PHẦN CHÍNH TiO2 BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOL-GEL 69 * Phương pháp thực nghiệm 69 3.3 THÍ NGHIỆM TỔNG HỢP ỐNG NANO TIO2 TRONG MÔI TRƯỜNG KIỀM 72 * Phương pháp thực nghiệm 72 3.4 CHẾ TẠO ĐIỆN CỰC QUANG TRÊN CƠ SỞ VẬT LIỆU TIO2 73 3.4.1 Phương pháp cổ điển 74 3.4.1.1 Chuẩn bị dung dịch huyền phù 74 3.4.1.2 Tạo màng mỏng kính dẫn điện 75 3.4.2 Phương pháp biến tính 76 3.4.2.1 Chuẩn bị dung dịch huyền phù 76 3.4.2.2 Tạo màng mỏng kính dẫn điện 76 3.5 CHUẨN BỊ DUNG DỊCH ĐIỆN LI LỎNG 77 3.6 CHẾ TẠO ĐIỆN CỰC ĐỐI 78 HVTH: HOÀNG THỊ THẢO 142 C1-,Br-,I-,CN-, and SCN-) on Nanocrystalline Ti02 Electrodes., J Am Chem Soc, Vol 115 (1993), 6382-6390 [21] Zhong-ShengWang, Chun-HuiHuang, Yan-YiHuang, Bao-Wen Zhang, Pu-Hui Xi, Yuan-Jun Hou, Kurash Ibrahim, Hai-Jie Qian, Feng-Qin Liu, Photoelectric behavior of nanocrystalline TiO2 electrode with a novel terpyridyl ruthenium complex Solar Energy Materials & Solar Cells, Vol 71 (2002), 261–271 [22] Geeta Sanon, Raj Rup, and Abhai Mansingh, Band-gap narrowing and band structure in degenerate tin oxide (SnO2) films, Physical Review B Hari Singh Nalwa (2002), 546 - 551 [23] A Luque, S.Hegedus, Handbook of Photovoltaic Science and Engineering John Wiley & Sons, Ltd, (2003), 132 - 147 [24] Masao Kaneko, Ichiro Okura, Photocatalysis: Science and Technology SpringerVerlag Berlin Heidelberg (2002), New York, 453 - 471 [25] F Cao, G Oskam, G.J Meyer and P.C Searson, Electron transport in porous nanocrystalline TiO2 photoelectrochemical cells., J Phys Chem., Vol 100(42) (1996), 17021-17027 [26] V Shklover, M.K Nazeeruddin, S.M Zakeeruddin, C Barbe, A Kay, T Haibach, W Steurer, R Hermann, H.U Nissen and M Grätzel, Structure of nanocrystalline TiO2 powders and precursor to their highly efficient photosensitizer Chem Mater, Vol 9(2) (1997), 430-439 [27] C.J Barbe, F Arendse, P Comte, M Jirousek, F Lenzmann, V Shklover and M Grätzel, Nanocrystalline titanium oxide electrodes for photovoltaic applications, Journal of the American Ceramic Society, Vol 80(12) (1997), 3157-3171 [28] C Jeffrey Brinker, George W Scherer, Sol-gel science: The Physics and Chemistry of Sol-Gel Processing, Elsevier Science (USA) (1989), 254-257 [29] Kohjiro Hara, Takeshi Nishikawa, Mitsuhiko Kurashige, Hiroshi Kawauchi, Takeo Kashima, Kazuhiro Sayama, Kenichi Aika, Hironori Arakawa Influence of HVTH: HOÀNG THỊ THẢO 143 electrolyte on the photovoltaic performance of a dye-sensitized TiO2 solar cell based on a Ru(II) terpyridyl complex photosensitizer., Solar Energy Materials & Solar Cells, Vol 85 (2005), 21–30 [30] M.K Nazeeruddin, E Muller, R Humphry-Baker, N Vlachopoulos and M Grätzel, Redox regulation in ruthenium(II) Polypyridyl complexes and their application in solar energy conversion J Chem Soc , Dalton Trans., Vol 23 (1997), 4571-4578 [31] Zhipeng Huo, Nanocomposite gel electrolyte with large enhanced charge transport properties of an I-3/I- redox couple for quasi-solid-state dye-sensitized solar cells, Solar Energy Materials & Solar Cells, 91 (2007), 1959-1965 [32] G Katsaros et al,A solvent-free composite polymer/inorganic oxide electrolyte for high efficiency solid-state dye-sensitized solar cells, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 149 (2007), 191-198 [33] S Baumgärtner, R Sastrawan, M Schubert, J Ferber, J Luther, Influence of TiO2 properties and tert-butylpyridine addition on electron lifetime and diffusion coefficients in dye sensitized solar cells, proceeding of 17th European Photovoltaic Solar Conference and Exhibition, Munich, Germany, October 2001, 457-463 [34] T.A Heimer and G.J Meyer, Electron Transfer in Sensitized Nanostructured TiO2 Photovoltaic Cells, Electrochemical Society Proceedings, Vol 95(7) (1995), 167179 [35] Pinjiang Li, Jihuai Wu, Jianming Lin, Miaoliang Huang, Yunfang Huang and Qinghua Li, High-performance and low platinum loading Pt/Carbon black counter electrode for dye-sensitized solar cells, Elsevier Science, Solar Energy, Vol 83(6) (2009), 845 – 849 [36] Ronald Sastrawan, Photovoltaic modules of dye solar cells, Faculty of Mathematic and Physic, Albert-Ludwig-University Freiburg, Breisgau, Doctoral Dissertation 2006 HVTH: HOÀNG THỊ THẢO 144 [37] R Stangl, J Ferber,J Luther, On the modeling of the dye-sensitized solar cell, Solar Energy Materials and Solar Cells, Vol 54(1-4) (1998), 255-264 [38] L.M Peter, N.W Duffy, R.L Wang, K.G.U Wijayantha, Transport and interfacial transfer of electrons in dye-sensitized nanocrystalline solar cells, Journal of Electroanalytical Chemistry (2002), 127–136, 524–525 [39] J Hohl-Ebinger, A Hinsch, R Sastrawan, W Warta, U Würfel, Dependence of spectral response of Dye Solar Cells on bias light illumination, Proceedings, 19th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Paris, France, June 2004 [40] S.Y Huang, G Schlichthorl, A.J Nozik, M Grätzel and A.J Frank, Charge recombination in dye-sensitized nanocrystalline TiO2 solar cells., J Phys Chem B, Vol 101(14) (1997), 2576-2582 [41] P Cameron, L Peter,S Hore, How Important is the Back Reaction of Electrons via the Substrate in Dye-Sensitized Nanocrystalline Solar Cells?, J Phys Chem B, Vol 109 (2005), 930-936 [42] A Goetzberger, J Knobloch and B Voß, Crystalline Silicon Solar Cells John Wiley & Sons Ltd., Chichester UK, (1998), 114 - 125 [43] N Koide, Liyuan Han, Atsushi Fukui, Nobuhiro Fuke,R Yamanaka High Efficiency of Dye-Sensitized Solar Cell and Module IEEE 4th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion, Waikoloa, Hawaii 2006 [44] S Dai, J Weng, Y F Sui, C W Shi, Y Huang, S H Chen, X Pan, X Q Fang, L H Hu, F T Kong,K J Wang Dye-sensitized solar cells, from cell to module Solar Energy Materials and Solar Cells, Vol 84(1-4) (2004), 125-133 [45] J Ferber,J Luther Modeling of photovoltage and photocurrent in dye-sensitized titanium dioxide solar cells J Phys Chem B, Vol 105 (21) (2001), 4895-4903 [46] G R A Kumara, S Kaneko, A Konno, M Okuya, K Murakami, B OnwonaAgyeman,K Tennakone Large Area Dye-sensitized Solar Cells: Material Aspects of Fabrication Progress in Photovoltaics: Res DOI: 10.1002 (2006), 693 - 695 HVTH: HOÀNG THỊ THẢO 145 [47] C.J Barbe, M Grätzel, H Pettersson,T Gruszecki Long-term stability of lowpower dye-sensitised solar cells prepared by industrial methods Solar Energy Materials and Solar Cells, Vol 70 (2) (2001): 203-212 [48] J M Kroon, A Hinsch, J.A.M van Roosmalen, N.P.G van der Burg, N.J Bakker, S Baumgärtner, C Peter, A Meyer, T Meyer, I Uhlendorf, J Holzbock,R Niepmann, Long Term Stability of Dye Sensitised Solar Cells for large area power applications, The European Commission Publishable Report (2001), 98-261 [49] Viet-Cuong Nguyen and The-Vinh Nguyen, Photocatalytic decomposition of phenol over N-TiO2-SiO2 catalyst under natural sunlight, Journal of Experimental Nanoscience, (2009), 233 -242 [50] Sze-Ming Yang and Ming-De Lu Syntheses Of Polythiophene and Titania Nanotubes Composites, Synthetic metals, Vol 154 (2005), 73 -76 [51] Nakade, S; Saito, Y; Kubo, W; Kitamura, T; Wada, Y; Yanagida, S Influence of TiO2 Nanoparticle Size on Electron diffusion and recombination in Dye-Sensitized TiO2 Solar cells , Journal of Physical Chemistry B, Vol 107 (2003), 8607 – 8611 [52] S Brunauer, P H Emmett and E Teller, J Am Chem Soc, Vol 60 (1938), 309 [53] J Klíma, K Kratochvilová and J Ludvík, FTIR spectro-photoelectrochemical cell with adjustable solution layer thickness – photocurrent transients at photoexcited TiO2 – SiO2 polycrystalline electrodes, J Electroanal Chem., Vol 427(1-2) (1997), 57-61 [54] Zachariasen WH, theory of X-Ray Diffraction in Crystal, NewYork: Dover, (1945), 1452 -1468 [55] Zhong Linwang, X-ray characterization of Nanophase Materials, Wiley, 2000 [56] G Smestad, C Bignozzi and R Argazzi, Testing of dye sensitized TiO2 solar cells, Experimental photocurrent output and conversion efficiencies Sol Energy Mater Sol Cells, Vol 32(3) (1994), 259-272 HVTH: HOÀNG THỊ THẢO 146 [57] A Stanley, B Verity and D Matthews, The Dark Current at the Dye-Sensitized TiO2 Electrode, Proceedings of the Tenth Australasian Electrochemistry Conference (1997), 159-171 [58] Lee, D; Omolade, D; Cohen, R E; Rubner, M F, pH-Dependent structure and properties of TiO2/SiO2 nanoparticle multilayer thin films, Chemistry of materials, Vol 14 (2002), 4145 – 4154 [59] Chen Shifu, Cao Gengyu, Photocatalytic degradation of organophosphorus pesticides using floating photocatalyst TiO2ỈSiO2/beads by sunlight, Solar Energy, Vol 79 (2005), 1–9 [60] Y.K Kim, E.Y Kim and C.M Whang, Microstructure and Photocatalytic Property of SiO2-TiO2 Under Various Process Condition, Journal of Sol-Gel Science and Technology, Vol 33 (2005), 87–91 [61] JianYuan, Mingxia Chen, Jianwei Shi, Wenfeng Shangguan, Preparations and photocatalytic hydrogen evolution of N-doped TiO2 from urea and titanium tetrachloride, International Journal of Hydrogen Energy, Vol 31 (2006), 326 – 1331 [62] The-Vinh Nguyen, O-Bong Yang, Photoresponse and AC impedance characterization of TiO2-SiO2 mixed oxide for photocatalic water decomposition, Catalysis Today, Vol 87 (2003), 69-75 [63] The-Vinh Nguyen, Hyun-Cheol Lee, O-Bong Yang, The effect of prethermal treatment of TiO2 nano-particles on the performances of dye-sensitized solar cells, Solar Energy Materials & Solar Cells, Vol 90 (2006), 967–981 [64] Chen Sifu, Cao Gengyu, Photocatalytic degradation of organophosphorus pesticides using floating photocatalyst TiO2- SiO2-beads by sunlight, Solar Energy, Vol 79 (1) (2005), 1-9 HVTH: HOÀNG THỊ THẢO 147 [65] Chen, X; Burda, C Photoelectron Spectroscopy Investigation of Nitrogen-Doped Titania Nanoparrticles, Journal of Physical Chemistry B, Vol 108 (2004), 1544615449 [66] Q Fang, M Meier, J.J Yu, Z.M Wang, J.-Y Zhang, J.X Wu, A Kenyon, P Hoffmann, Ian W Boy, FTIR and XPS investigation of Er-doped SiO2–TiO2 films, Materials Science and Engineering, Vol B105 (2003), 209–213 [67] George J Kaoarnos, Fundamentals of Photoinduced Electron Transfer, VCH Publishers (1993), 389 - 404 [68] Yoshikazu Suzuki, Susumu Yoshikawa, Synthesis and thermal analyses of TiO2derived nanotubes prepared by the hydrothermal method, Materials Research Society, Vol 19(4) (2004), 982-985 [69] Rungnapa Tongpool, Saowaluk Chaleawlert-umpon and Sorachon Yoriya, Synthesis of Titanium Dioxide Nanotubes from Titanium Dioxide Nanoparticles and Their Photocatalytic Activities, CMU J Nat Sci., Vol 6(2) (2007), 287 – 299 [70] TingliMa, TetsuyaKida, MoritoAkiyama, KozoInoue, ShujiTsunematsu, KenYao,HiroakiNoma,EiichiAbe, Preparation and properties of nanostructured TiO2 electrode by a polymer organic-medium screen-printing technique, Electrochemistry Communications, Vol (2003), 369–372 [71] K Okada, H Matsui, T Kawashima, T Ezure,N Tanabe 100 mm × 100 mm largesized dye sensitized solar cells Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, Vol 164 (1-3) (2004), 193-198 [72] Won Jae Lee, Easwaramoorthi Ramasamy, Dong Yoon Lee and Jae Sung Song, Dye-sensitized solar cells: Scale up and current–voltage characterization, Solar Energy Materials and Solar Cells Volume, Vol 91 (18) (2007), 1676-1680 [73] G Boschloo, L Häggman and A Hagfeldt, Quantification of the effect of 4-tertbutylpyridine addition to I-/I3- redox electrolytes in dye-sensitized nanostructureed TiO2 solar cells, J Phys Chem B, Vol 110 (26) (2006), 13144 – 13150 HVTH: HOÀNG THỊ THẢO 148 [74] T Hoshikawa, T Ikebe, R Kikuchi and K Eguchi, Effects of electrolyte in dyesensitized solar cells and evaluation by impedance spectroscopy, Electrochimica Acta, Vol 51(25) (2006), 5286-5294 [75] Farahnaz Nour-Mohammadia, Torben Lund, An investigation of the photosubstitution reaction between N719-dyed nanocrystalline TiO2 particles and 4-tert-butylpyridine, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, Vol 187 (2007), 348–355 [76] Jin-YoungChoi, Ji-TaeHong, HyunwoongSeo, MijeongKim, Min-KyuSon, Kyoung-JunLee, Dong-YoonLee, Hee-JeKim, Optimal series-parallel connection method of dye-sensitized solar cell for Pt thin film deposition using a radio frequency sputter system, Thin solid film (2008), 1298 - 1311 [77] Stipan Katusic, PeterAlbers, RainerKern, Frank-Martin Petrat, Ronald Sastrawand, Sarmimala Hore, Andreas Hinsch, Andreas Gutsch, Production and characterization of ITO-Pt semiconductor powder containing nanoscale noble metal particles catalytically active in dye-sensitized solar cells, Solar Energy Materials & Solar Cells, Vol 90 (2006), 1983–1999 [78] Larissa Grinis, Snir Dor, Ashi Ofir, Arie Zaban, Electrophoretic deposition and compression of titania nano particle films for dye-sensitized solar cells, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, Vol 198 (2008), 52–59 [79] K.I.Senevirathna, P.K.D.D.P.Pitigala, E.V.A.Premalal, K.Tennakone, G.R.A.Kumara, A.Konno, Stability of the SnO2/MgO dye-sensitized photoelectron chemical solar cell, Solar Energy Materials & Solar Cells, Vol 91 (2007), 544–547 [80] FenLuo, LiduoWang, BeibeiM, YongQiu, Post-modification using aluminum isopropoxide after dye-sensitization for improved performance and stability of quasi-solid-state solar cells, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, Vol 197 (2008), 375–381 HVTH: HOÀNG THỊ THẢO 149 [81] Ohjiro Hara, Takeshi Nishikawa, Mitsuhiko Kurashige, Influence of electrolyte on the photovoltaic performance of a dye-sensitized TiO2 solar cell based on a Ru(II) terpyridyl complex photosensitizer, Solar Energy Materials & Solar Cells, Vol 85 (2005), 21–30 [82] V.Quaschning, Understanding renewable energy systems, Earthscan, (2005), 16 34 HVTH: HOÀNG THỊ THẢO 150 PHỤ LỤC P.1 Bức xạ mặt trời bề mặt trái đất tỉ số Air mass (AM) Cường độ xạ mặt trời nhận bề mặt trái đất bị suy giảm đáng kể so với xạ mặt trời vũ trụ tượng hấp thụ, tán xạ tia mặt trời qua lớp khí trái đất Sự hấp thụ xảy diện phân tử ozon, nước, cacbonic, nitơ, bụi… Mặt khác, tia mặt trời gặp phần tử trên, bị tán xạ phía, có phần đáng kể lượng ngược trở lại vũ trụ Lượng lượng đến mặt đất phân bố xạ mặt trời phụ thuộc nhiều vào bề dày khí mà xạ qua [81] Để đặc trưng cho độ suy giảm tia mặt trời qua khí người ta dùng đại lượng tỉ lệ Air mass (AM) AM xác định tỉ số độ dài tia mặt trời qua lớp khí độ dày lớp khí (hình P.1) Hình P.1 Cách xác định Air mass (AM) HVTH: HOÀNG THỊ THẢO 151 AM 1.5 AM ứng với mặt trời 48,2o so với phương thẳng đứng chọn làm chuẩn xét tượng quang điện Phổ mặt trời AM 1.5 cho hình P.2 với % lượng tia tới vùng UV, 54 % vùng khả kiến, 44 % vùng hồng ngoại Hình P.2 Phổ xạ mặt trời ứng với AM 1.5 P.2 Bức xạ mặt trời địa điểm khảo sát độ bền Tại địa điểm khảo sát độ bền (Sân C4 trường ĐH Bách Khoa TP.HCM), tiến hành đo đạc cường độ sang máy Luxmeter 5924 (Hanna) vào thời điểm ngày từ đến 17 thu kết sau: Bảng P1 thể cường độ xạ mặt trời địa điểm khảo sát độ bền, theo thời gian ngày, đo đơn vị Klux, giá trị cường độ thời điểm xác định đo 10 lần theo ngày chọn ngẫu nhiên HVTH: HOÀNG THỊ THẢO 152 Bảng P1 Cường độ sáng [Klux] theo thời điểm ngày địa điểm khảo sát độ bền* Giá trị Thời điểm Cường độ sáng [Klux] Trung bình [Klux] Lần Lần Lần Lần Lần Lần Lần Lần Lần Lần 10 7:00 17,6 18,5 18,3 17,9 18,2 13,2 19,8 16,7 18,9 18,2 17,7 7:30 27,8 52,5 14,1 33,8 32,0 28,7 41,8 32,4 23,2 36,5 32,3 8:00 49,3 75,8 50,6 26,6 45,4 47,0 53,8 39,6 46,8 35,1 47,0 8:30 69,5 92,6 60,7 61,2 66,4 63,1 78,7 65,2 43,1 49,5 65,0 9:00 92,2 79,8 86,7 97,5 84,5 88,8 78,9 82,6 68,8 65,2 82,5 9:30 107,4 115,2 93,6 19,7 100,2 118,5 101,4 116,4 98,2 109,4 98,0 10:00 121,7 118,6 120 109,3 89,3 102,0 121,9 115,6 125,3 124,0 114,7 10:30 109,5 125,4 118,6 119,3 108,4 118,6 121,3 120,9 126,5 126,1 119,4 11:00 81,7 118,4 129,3 132,4 129,7 149,2 139,8 137,4 131,3 125,6 127,5 11:30 128,5 17,7 132,4 145,7 147,3 119,8 140,7 152,4 132,1 122 123,9 12:00 130,2 15,6 170,6 126,1 159,9 164 156,8 59,7 134,4 126,8 124,4 12:30 115,9 13,7 156,6 121,4 119,2 146,8 136,7 133,2 128,5 128,2 120,0 13:00 78,9 10,1 123,7 116,3 121,1 131 121,8 126,3 123,6 124,5 107,7 13:30 76,4 18,5 108,5 94,2 117,6 122,3 122,5 121,7 115,4 122,2 89,7 14:00 49,5 7,4 91,7 67,9 80,5 90,2 116,3 109,7 100,6 101,4 81,5 14:30 30 11,6 88,8 56,9 61,2 88,5 118,7 102 75,4 71,6 70,5 15:00 19,2 17,6 83,6 40,2 49,8 64,3 103 105,6 70,4 53,3 60,7 15:30 14,2 68,3 47,6 37,4 72,7 49,7 79,5 45,4 44,2 27,5 48,7 16:00 10,5 56,6 14,6 42,7 61,3 32,6 68,9 11,6 39 31,2 36,9 16:30 30 30,5 9,2 27,4 35,2 25,7 36,7 23,3 26,1 26,1 27,0 17:00 2,9 17,3 13 18,3 18,4 9,6 19,8 15,6 13,7 18,9 14,8 * Các giá trị xác định máy đo cường độ sáng Luxmeter (Hanna Instrument) HVTH: HOÀNG THỊ THẢO 153 P3 Nguyên tắc phép đo BET xác định diện tích bề mặt mẫu Mơ hình BET ứng dụng nhiều nghiên cứu hấp phụ Phương trình dựa giả thuyết sau: + Entalpy hấp phụ phân tử không thuộc lớp hấp phụ thứ entalpy hóa lỏng QL + Khơng có tương tác phân tử bị hấp phụ + Số lớp hấp phụ trở nên vô áp suất bão hịa Phương trình BET ứng dụng thực tế có dạng: P C −1 P = + × V ( P0 − P) Vm × C Vm × C P0 Với (3.1) P: áp suất hấp phụ cân bằng, P0: áp suất bão hòa chất hấp phụ V: thể tích chất hấp phụ Vm: thể tích đơn lớp bị hấp phụ C: số BET Đồ thị P P = f ( ) tuyến tính khoảng áp suất tương đối P/P0 = 0,05 – V ( P0 − P) P0 0,3 Tính hệ số góc (tgα) tung độ góc (1/Vm.C) cho phép xác định Vm C HVTH: HOÀNG THỊ THẢO 154 Hình P.3 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc P/V(P0 - P) theo P/P0 Bề mặt riêng xác định theo phương pháp BET tích số số phân tử bị hấp phụ với tiết diện ngang phân tử chiếm chỗ bề mặt chất rắn Trường hợp hấp phụ vật lý Nitơ 770K, tiết diện ngang Nitơ 0,162nm2 Nếu Vm biểu diễn đơn vị cm3.g-1 SBET cm2.g-1 thì: SBET = 4,35Vm (3.2) Hằng số BET xác định theo công thức: C =e Ea −QL RT (3.3) C: đặc trưng cho hệ (hấp phụ - bị hấp phụ) Đối với Nitơ hấp phụ 770K có QL= 5,6 KJ/mol, biết Ea ta tính C Nói chung, phương trình BET dùng để xác định bề mặt riêng tất chất rắn với điều kiện áp suất tương đối khoảng 0,05 – 0,3 C >1 HVTH: HOÀNG THỊ THẢO 155 P.4 Qui trình đo đạc, tính tốn thơng số điện hóa quang pin mặt trời DSSC Trước hết cần đo đường tối để xác định dòng điện pin (dịng tái hợp) Sau lấy kết đường sáng trừ giá trị đường tối thu giản đồ J - V pin cần đo [57] Dịng tối có giá trị nhỏ so sánh với dòng điện quang chiếu sáng Sau cách tính tốn cụ thể với pin làm ví dụ minh họa: Hình P.4 Dịng tối pin Giản đồ I – V nhận sau xử lý số liệu: HVTH: HỒNG THỊ THẢO 156 Hình P.5 Giản đồ J - V pin chế tạo Từ giản đồ J - V, ta dễ dàng nhận thấy VOC = 0,554 V, JSC = 3,16mA/cm2 Tại giá trị V = 0,428 V pin hoạt động với cơng suất tối đa Từ xác định giá trị FF giản đồ J – V: Hiệu suất pin nhận là: Tuy nhiên, phép đo thực tế, dịng tối có giá trị khơng đáng kể nên bỏ qua Các thơng số pin đo đạc tính tốn phần mềm tích hợp với máy đo kết nhận bao gồm giản đồ J - V, Voc, Jsc, FF HVTH: HOÀNG THỊ THẢO ... ẢNH HƯỞNG CỦA LỚP PHIM TIO2 VÀ KÍCH THƯỚC TẾ BÀO PIN LÊN HIỆU SUẤT PIN DSSC CHẾ TẠO TRÊN NỀN KÍNH DẪN ĐIỆN II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: • Khảo sát ảnh hưởng lớp phim TiO2 kính dẫn điện FTO đến hiệu. .. VẬT LIỆU ˜ ² ™ LUẬN VĂN THẠC SỸ ẢNH HƯỞNG CỦA LỚP PHIM TIO2 VÀ KÍCH THƯỚC TẾ BÀO PIN LÊN HIỆU SUẤT PIN DSSC CHẾ TẠO TRÊN NỀN KÍNH DẪN ĐIỆN GVHD : TS NGUYỄN THANH LỘC TS NGUYỄN THẾ... tố ảnh hưởng đến hiệu suất sản xuất điện pin như: lớp phim TiO2, kích thước tế bào pin, từ xây dựng qui trình chế tạo pin kính, nâng cao hiệu suất pin nhằm góp phần vào cơng nghiên cứu loại pin