Các đặc trƣng quang điện của màng điện cực khảo sát là thế hở mạch (VOC) và mật độ dòng ngắn mạch (JSC) khi chiếu sáng pin.
Hình 5.5 biểu diễn ảnh hƣởng của nồng độ SnCl4 trong hỗn hợp dung dịch chế tạo điện cực lên thế hở mạch VOC của pin quang điện hoá đối với hệ điện cực nco TiO2/SnO2 dƣới điều kiện chiếu sáng của đèn halogen. Dung dịch điện ly sử dụng là KI + I2 trong dung môi glyxerin.
Hình 5.5Ảnh hưởng của nồng độ SnCl4 trong hỗn hợp dung dịch chế tạo điện
cực lên VOC của pin.
Hình 5.5 cho thấy VOC tăng khi tỉ lệ SnCl4 trong hỗn hợp dung dịch chế tạo điện cực tăng và đạt giá trị cực đại ở tỉ lệ SnCl4 trong khoảng 35 % mol. Ở tỉ lệ
Luận án Tiến sĩ Vật lý
---
SnCl4 lớn hơn 35 % mol, VOC giảm nhanh theo sự tăng của tỉ lệ SnCl4.
0 1 2 3 4 0 20 40 60 80 SnCl4 (% mol) JSC /JSCO
Hình 5.6 Sự phụ thuộc tỉ số giữa JSC của pin dùng điện cực nanocomposite
TiO2/SnO2và JSC0 của pin dùng điện cực TiO2.
Hình 5.6 biểu diễn ảnh hƣởng của tỉ lệ SnCl4 trong hỗn hợp dung dịch chế tạo điện cực lên tỉ số mật độ dòng ngắn mạch JSC của pin dùng điện cực nco TiO2/SnO2
so với mật độ dòng ngắn mạch JSCO của pin dùng điện cực nano TiO2. Dung dịch điện ly sử dụng là KI + I2 trong glyxerin.
Đồ thị hình 5.6 cho thấy đối với pin dùng hệ điện cực nco TiO2 /SnO2, mật độ dòng JSC tăng so với mật độ dòng JSCO của pin dùng điện cực TiO2. Ở trong khoảng nồng độ 10 – 35 % mol SnCl4, JSC của pin tăng nhanh gần nhƣ tỉ lệ với nồng độ SnCl4 và đạt cực đại ở nồng độ 35 % mol SnCl4, sau đó giảm nhanh theo sự tăng nồng độ SnCl4. Từ nồng độ 40 % mol SnCl4, JSC giảm chậm dần theo sự tăng của nồng độ SnCl4. Giá trị cực đại của JSC lớn hơn khoảng 4 lần so với JSCO của pin dùng điện cực TiO2.
Bảng 5.1 trình bày kết quả khảo sát các thông số VOC và JSC của pin dùng điện cực TiO2 và điện cực nco TiO2/SnO2 chế tạo với tỉ lệ 35 % mol SnCl4.5H2O trong hai trƣờng hợp tẩm và không tẩm chất màu Ruthenium 470. Pin sử dụng dung dịch điện ly của hãng Solaronix, dƣới ánh sáng của đèn halogen và ánh sáng mặt trời.
Luận án Tiến sĩ Vật lý
---
Bảng 5.1 Các giá trị VOC, JSC và VOC.JSC của pin dùng hai hệ điện cực.
Thông số Điện cực VOC (mV) JSC (A/cm2) VOC.JSC (W/cm2) Chiếu sáng Mặt trời Chiếu sáng Đèn Halogen Chiếu sáng Mặt trời Chiếu sáng Đèn Halogen Chiếu sáng Mặt trời Chiếu sáng Đèn Halogen TiO2 540 380 300 70 162 27 TiO2 Phủ chất mầu 634 626 2100 1080 1331 676
nco TiO2/SnO2 481 461 490 120 236 55
nco TiO2/SnO2
Phủ chất mầu 505 500 3180 1765 1606 883
Bảng 5.1 cho thấy các giá trị VOC của pin dùng điện cực nco TiO2/SnO2 không phủ chất màu so với pin dùng điện cực TiO2 nhỏ hơn không nhiều (~ 11 %) khi chiếu sáng bằng nắng mặt trời, nhƣng lớn hơn (~ 31 %) khi chiếu sáng bằng đèn halogen. Dòng JSC trong cả hai trƣờng hợp chiếu sáng đối với pin dùng điện cực nco TiO2/SnO2 đều tăng lên nhiều so với pin dùng màng TiO2 (~ 63 % dƣới chiếu sáng mặt trời và ~ 70 % dƣới chiếu sáng đèn halogen). Khi các điện cực đƣợc phủ chất mầu, giá trị VOC của pin dùng điện cực nco TiO2/SnO2 so với pin dùng điện cực TiO2 đều nhỏ hơn ~ 20 % dƣới chiếu sáng mặt trời và đèn halogen, nhƣng dòng JOC
tăng lên nhiều: 51,4 % dƣới chiếu sáng mặt trời và 63,4 % dƣới chiếu sáng đèn halogen.
Trong cả hai trƣờng hợp chiếu sáng, đối với pin dùng điện cực tẩm cũng nhƣ không tẩm chất màu, khi pin dùng điện cực nco TiO2/SnO2 mật độ dòng JSC đều tăng trên 50 % so với pin dùng điện cực TiO2 phủ và không phủ chất màu tƣơng ứng. Trong khi đó sự giảm về giá trị VOC nhiều nhất là 20 %. Kết quả là tích VOC.JSC trong cả hai trƣờng hợp đều tăng trên 20 %. Nhƣ vậy, có thể mong đợi khả
Luận án Tiến sĩ Vật lý
---
dùng điện cực nano TiO2.
Cấu trúc của DSSC đơn giản ở khía cạnh công nghệ chế tạo nhƣng phẩm chất của DSSC lại phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác trong đó có bản chất của chất điện ly, phẩm chất điện cực đối, ... Vì vậy, kết quả nhận đƣợc ở đây chƣa thể coi là kết quả chế tạo DSSC trên cơ sở nano TiO2. Tuy nhiên:
- Thông qua giá trị tƣơng đƣơng về suất quang điện động (0,6 – 0,7 V) – giá trị chỉ phụ thuộc vào bản chất hoá học của điện cực và chất điện ly, có thể khẳng định rằng màng điện cực là màng nano TiO2 và có thế phát triển phƣơng pháp phun nhiệt phân trong việc chế tạo DSSC.
- Màng điện cực nco TiO2/SnO2 cho JSC cao hơn màng nano TiO2. Đây là một hƣớng hứa hẹn khả năng nâng cao hiệu suất của PEC thông qua việc tăng JSC.