Kết quả so sánh các thông số hoạt động của pin DSC – N749 ráp ở nhiệt độ cao và nhiệt độ phòng, cũng nhƣ thời gian sống ngắn của các pin này làm xuất hiện giả thiết là độ bền nhiệt của N749 có thể không cao. Chính vì vậy chúng tôi đã khảo sát độ bền nhiệt của N749 hấp phụ trên TiO2 ở hai nhiệt độ 85oC và 130oC nhƣ điều kiện ráp pin.
Anode sau khi đƣợc phủ TiO2 và hấp phụ N749 đƣợc đƣa vào bình nung chân không và nâng nhiệt độ lên 85oC. Ở nhiệt độ cao 130oC, anode đã hấp phụ N749 đƣợc đặt lên bếp trong điều kiện giống hoàn toàn với điều kiện ráp pin. Toàn bộ chất hấp phụ trên các mẫu đƣợc trích ra và đo phổ hấp thu UV-VIS.
Hình 4.22 cho thấy phổ hấp thu của chất nhạy quang N749 sau các khoảng thời gian phơi nhiệt khác nhau ở 85oC. Tại thời điểm ban đầu, cực đại hấp thu của N749 trong vùng bƣớc sóng 850 nm đến 400 nm tại 580 nm, sau 24 giờ phơi nhiệt đỉnh hấp thu chuyển dịch về vùng bƣớc sóng ngắn hơn 570 nm và 566 nm ứng với thời gian phơi nhiệt 72 giờ. Từ 96 giờ phơi trở đi, hợp chất tạo ra tƣơng đối bền có đỉnh hấp thu 560 nm và xuất hiện đỉnh hấp thu mới ở 682 nm. Nhƣ vậy, N749 rất kém bền khi phơi nhiệt ở 85oC, chỉ sau 24 giờ phơi nhiệt đã bị phân hủy tạo ra sản phẩm phân hủy bền hơn và cƣờng độ hấp thu ánh sáng của sản phẩm phân hủy nhỏ hơn so với N749.
Luận văn thạc sĩ Hóa học Phạm Lê Nhân
Hình 4. 22Phổ hấp thu của N749 trích ra từ anode sau các khoảng thời gian phơi nhiệt khác nhau ở 85oC trong chân không.
Tăng nhiệt độ xử lý mẫu lên 130o
C, N749 phân hủy gần nhƣ tức thời. Sau 15 giây, đỉnh hấp thu chuyển sang 560 nm so với đỉnh hấp thu của N749 ban đầu là 580 nm. Sản phẩm phân hủy nhiệt tạo ra có bƣớc sóng hấp thu ở 560 nm và giữ nguyên giá trị khi thời gian nung mẫu tăng lên 30 giây và 60 giây. Bƣớc sóng hấp thu giữ nguyên nhƣng cƣờng độ đỉnh tại bƣớc sóng này giảm dần khi thời gian xử lý tăng lên (Hình 4.23). Điều này cho thấy, sản phẩm phân hủy của N749 trong điều kiện nhiệt độ 130oC rất kém bền. Ngƣợc lại, trên Hình 4.24 cho thấy chất nhạy quang N719 hoàn toàn không bị phân hủy nhiệt, đỉnh hấp thu của tất cả các mẫu xử lý nhiệt ở 130oC là 510 nm. Đây là một trong những đặc điểm khá ƣu việt của N719, các DSC sử dụng chất nhạy quang này hoàn toàn có thể chế tạo theo kỹ thuật ráp nhiệt ở 130oC và khảo sát độ bền nhiệt của chúng ở 85oC.
Luận văn thạc sĩ Hóa học Phạm Lê Nhân
Hình 4. 23Phổ hấp thu của N749 trích ra từ anode sau các khoảng thời gian phơi nhiệt khác nhau ở 130oC giống điều kiện ráp.
Nhƣ vậy, trong quá trình ráp DSC theo kỹ thuật ráp nhiệt, nhiệt độ tăng lên 130oC trong vòng 30 giây đến 60 giây (trong điều kiện có mặt oxi trong không khí) N749 đã phân hủy và DSC thu đƣợc chứa lƣợng N749 ít hơn so với lƣợng hấp phụ ban đầu và một lƣợng các tạp chất là sản phẩm phân hủy. Đây là vấn đề không mong muốn vì có tác dụng xấu đến hiệu suất và các thông số hoạt động của DSC sử dụng chất nhạy quang N749. Qua đây, có thể giải thích vì sao các DSC sử dụng chất nhạy quang N749 ráp bằng kỹ thuật ráp nhiệt cho kết quả rất kém về hiệu suất, thế mạch hở và mật độ dòng ngắn mạch.
Luận văn thạc sĩ Hóa học Phạm Lê Nhân
Hình 4. 24 Phổ hấp thu UV-VIS của chất nhạy quang N719 sau các khoảng thời gian xử lý nhiệt khác nhau ở 130oC
Nhƣ vậy, N749 khá nhạy cảm với nhiệt độ. Ở điều kiện phơi nhiệt 85o C, N749 đã bị phân hủy ngay 24 giờ đầu. So với tiêu chuẩn đánh giá quốc tế [43], N749 đã không thỏa mãn đƣợc yêu cầu độ bền nhiệt. Đây là một điều đáng thất vọng bên cạnh thông số đầy kì vọng của N749 nhƣ vùng bƣớc sóng hấp thu ánh sáng rộng đến vùng hồng ngoại gần. Để ứng dụng N749 vào thực tế cần phải có nhiều cải tiến hơn nữa để N749 bền hơn với nhiệt độ.
Luận văn thạc sĩ Hóa học Phạm Lê Nhân
Tài liệu tham khảo
[1] The Constant Phase Element. Available:
http://www.consultrsr.com/resources/eis/cpe1.htm
[2] Fundamentals of Electrochemical Impedance Spectroscopy. Available: http://www.gamry.com/App_Notes/EIS_Primer/EIS_Primer.htm#Extracting %20Model%20Params
[3] Altobello S., Argazzi R., Caramori S., Contado C., Da Fre S., Rubino P., et al. (2005), "Sensitization of Nanocrystalline TiO2 with Black Absorbers Based on Os and Ru Polypyridine Complexes," Journal of the American Chemical Society, 127, 15342-15343.
[4] Amirnasr M., Nazeeruddin M. K. and Grätzel M. (2000), "Thermal stability of cis-dithiocyanato(2,2'-bipyridyl4,4'dicarboxylate) ruthenium(II) photosensitizer in the free form and on nanocrystalline TiO2 films,"
Thermochimica Acta, 348, 105-114.
[5] Argentum Solutions Inc. Sterling Guidance on Corrosion and Materials Degradation. Available:
http://www.argentumsolutions.com/tutorials/impedance_tutorialpg4.html [6] B.P.corporation, (2009), BP Statistical Review of World Energy June 2009.
In:BP corporation
[7] Bard A. J. and Faulkner L. R., (2001), Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications, John Wiley & Sons, Inc, New York.
[8] Bisquert J., Cahen D., Hodes G., Ruhle S. and Zaban A. (2004), "Physical Chemical Principles of Photovoltaic Conversion with Nanoparticulate, Mesoporous Dye-Sensitized Solar Cells," The Journal of Physical Chemistry B, 108, 8106-8118.
[9] Energy Information Administration, (2009), International Energy Outlook 2009 with Projections to 2030. In:Official Energy Statistics from the U.S. Government
[10] Fabregat-Santiago F., Bisquert J., Garcia-Belmonte G., Boschloo G. and Hagfeldt A. (2005), "Influence of electrolyte in transport and recombination in dye-sensitized solar cells studied by impedance spectroscopy," Solar Energy Materials and Solar Cells, 87, 117-131.
[11] Fabregat-Santiago F., Garcia-Belmonte G., Bisquert J., Zaban A. and Salvador P. (2001), "Decoupling of Transport, Charge Storage, and Interfacial Charge Transfer in the Nanocrystalline TiO2/Electrolyte System by Impedance Methods," The Journal of Physical Chemistry B, 106, 334- 339.
[12] Gratzel M. (2005), "Solar Energy Conversion by Dye-Sensitized Photovoltaic Cells," Inorganic Chemistry, 44, 6841-6851.
Luận văn thạc sĩ Hóa học Phạm Lê Nhân
[13] Grätzel M. (2004), "Conversion of sunlight to electric power by nanocrystalline dye-sensitized solar cells," Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 164, 3-14.
[14] Grätzel M. (2003), "Dye-sensitized solar cells," Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews, 4, 145-153.
[15] Gregg B. A., Pichot F., Ferrere S. and Fields C. L. (2001), "Interfacial Recombination Processes in Dye-Sensitized Solar Cells and Methods To Passivate the Interfaces," The Journal of Physical Chemistry B, 105, 1422- 1429.
[16] Ha T. M. H., Nguyen H. T., Nguyen P. T. T. and Lund T., (2009), Performance characterizations of nanocrystalline TiO2 dye sensitized solar cells during long-term thermal stress. In: Proceedings of The 2009 International Forum On Strategic Technologies. Vietnam National University - Ho Chi Minh City Publishing House, Vietnam, p 170 -176. [17] Han L., Koide N., Chiba Y., Islam A. and Mitate T. "Modeling of an
equivalent circuit for dye-sensitized solar cells: improvement of efficiency of dye-sensitized solar cells by reducing internal resistance," Comptes Rendus Chimie, 9, 645-651.
[18] Han L., Koide N., Chiba Y. and Mitate T. (2004), "Modeling of an
equivalent circuit for dye-sensitized solar cells," Applied Physics Letters, 84, 2433-2435.
[19] Hara K., (2009), Molecular Design of Sensitizers for Dye-Sensitized Solar Cells, In: Okada T. and Kaneko M. (eds) Molecular calalyst for energy conversion. Springer,
[20] Hara K. and Arakawa H., (2003), Dye-sensitized Solar Cells, In: Luque A. and Hegedus S. (eds) Handbook of Photovoltaic Science and Engineering. John Wiley & Sons Ltd, England,
[21] Hara K., Horiguchi T., Kinoshita T., Sayama K. and Arakawa H. (2001), "Influence of electrolytes on the photovoltaic performance of organic dye- sensitized nanocrystalline TiO2 solar cells," Solar Energy Materials and Solar Cells, 70, 151-161.
[22] Hara K., Nishikawa T., Kurashige M., Kawauchi H., Kashima T., Sayama K., et al. (2005), "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 and Solar Cells, 85, 21-30.
[23] Hinsch A, Kroon J. M., Kern R., Uhlendorf I., Holzbock J., Meyer A., et al. (2001), "Long-term stability of dye-sensitised solar cells," Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 9, 425-438.
[24] Hodes G. and Zaban A., (2009), Nanocrystalline Solar Cells In: Wilde G. (ed) Nanostructured Materials. Elsevier, Great Britain,
[25] Honsberg C. and Bowden S. (2009). Photovoltaics CDROM (Second ed.). Available: http://pvcdrom.pveducation.org/
Luận văn thạc sĩ Hóa học Phạm Lê Nhân
[27] International Energy Agency, (2002), Trends in Photovoltaic applications, In selected IEA countries between 1992 and 2001, in Photovoltaic Power Systems Programme. In:Report IEA PVPST1-11
[28] Islam A., Sugihara H., Hara K., Singh L. P., Katoh R., Yanagida M., et al. (2001), "Dye Sensitization of Nanocrystalline Titanium Dioxide with Square Planar Platinum(II) Diimine Dithiolate Complexes," Inorganic Chemistry, 40, 5371-5380.
[29] Ito S., Murakami T. N., Comte P., Liska P., Grätzel C., Nazeeruddin M. K., et al. (2008), "Fabrication of thin film dye sensitized solar cells with solar to electric power conversion efficiency over 10%," Thin Solid Films, 516, 4613-4619.
[30] Katoh R., Kasuya M., Furube A., Fuke N., Koide N. and Han L. (2009), "Quantitative study of solvent effects on electron injection efficiency for black-dye-sensitized nanocrystalline TiO2 films," Solar Energy Materials and Solar Cells, 93, 698-703.
[31] Kern R., Sastrawan R., Ferber J., Stangl R. and Luther J. (2002), "Modeling and interpretation of electrical impedance spectra of dye solar cells operated under open-circuit conditions," Electrochimica Acta, 47, 4213-4225.
[32] Kohle O., Grätzel M., Meyer A. F. and Meyer T. B. (1997), "The photovoltaic stability of bis(isothiocyanato)ruthenium(II)-bis-2, 2primebipyridine-4, 4prime-dicarboxylic acid and related sensitizers,"
Advanced Materials, 9, 904-906.
[33] Kuang D., Klein C., Snaith H. J., Moser J.-E., Humphry-Baker R., Comte P., et al. (2006), "Ion Coordinating Sensitizer for High Efficiency Mesoscopic Dye-Sensitized Solar Cells: Influence of Lithium Ions on the Photovoltaic Performance of Liquid and Solid-State Cells," Nano Letters, 6, 769-773. [34] Kuang D., Wang P., Ito S., Zakeeruddin S. M. and Gratzel M. (2006),
"Stable Mesoscopic Dye-Sensitized Solar Cells Based on Tetracyanoborate Ionic Liquid Electrolyte," Journal of the American Chemical Society, 128, 7732-7733.
[35] Kusama H., Kurashige M., Sayama K., Yanagida M. and Sugihara H. (2007), "Improved performance of Black-dye-sensitized solar cells with nanocrystalline anatase TiO2 photoelectrodes prepared from TiCl4 and ammonium carbonate," Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 189, 100-104.
[36] Lee K.-M., Suryanarayanan V., Ho K.-C., Justin Thomas K. R. and Lin J. T. (2007), "Effects of co-adsorbate and additive on the performance of dye- sensitized solar cells: A photophysical study," Solar Energy Materials and Solar Cells, 91, 1426-1431.
[37] Liberatore M., Decker F., Burtone L., Zardetto V., Brown T., Reale A., et al. "Using EIS for diagnosis of dye-sensitized solar cells performance," Journal of Applied Electrochemistry,
Luận văn thạc sĩ Hóa học Phạm Lê Nhân
[38] Lin Y., Xiao X. R., Li W. Y., Wang W. B., Li X. P. and Cheng J. Y. (2003), "Influence of chemical treatments on the photoinduced charge carrier kinetics of nanocrystalline porous TiO2 films," Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 159, 41-45.
[39] Lorenzo E., Araújo A., Davies P., Cuevas A., Egido M., Minano J., et al., (1994), Solar Electricity: Engineering of Photovoltaic Systems, Hardcover [40] Martinot E. and Janet L. S., (2009), Renewables Global Status Report. In: [41] MegaElectronicLimited, (2009), Introduction To Screen printing, Mega
Electronic Limited, Cambridge, England.
[42] Michael G., (2006), 2,2-bipyridine ligand, sensitizing dye and dye sensitized solar cell. In:International application published under the patent cooperation treaty (PCT)
[43] Muñoz E., Vidal P. G., Nofuentes G., Hontoria L., Pérez-Higueras P., Terrados J., et al. (2010), "CPV standardization: An overview," Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14, 518-523.
[44] Nazeeruddin M. K., Zakeeruddin S. M., Lagref J. J., Liska P., Comte P., Barolo C., et al. (2004), "Stepwise assembly of amphiphilic ruthenium sensitizers and their applications in dye-sensitized solar cell," Coordination Chemistry Reviews, 248, 1317-1328.
[45] Nusbaumer H., "Alternative redox systems for the dye-sensitized solar cell," Ph.D Ph.D, Institut des sciences et ingénierie chimiques, Lausanne, Lausanne, EPFL, 2004.
[46] Ogomi Y., Kashiwa Y., Noma Y., Fujita Y., Kojima S., Kono M., et al. (2008), "Photovoltaic performance of dye-sensitized solar cells stained with black dye under pressurized condition and mechanism for high efficiency,"
Solar Energy Materials & Solar Cells, 93, 1009-1012
[47] Pasquier A. D., (2008), Nanosized Titanium Oxides for Energy Storage and Conversion In: Eftekhari A. (ed) Nanostructured Materials in Electrochemistry. John Wiley & Sons Ltd, Weinheim, Germany,
[48] Pechy P., Renouard T., Zakeeruddin S. M., Humphry-Baker R., Comte P., Liska P., et al. (2001), "Engineering of Efficient Panchromatic Sensitizers for Nanocrystalline TiO2-Based Solar Cells," Journal of the American Chemical Society, 123, 1613-1624.
[49] Quaschning V., (2005), Understanding Renewable Energy Systems, Earthscan
[50] Ramamurthy V. and Schanze K. S., (2003), Current Status of Dye-Sensitized Solar Cells, In: Semiconductor Photochemistry and Photophysics. Marcel Dekker, Inc, New York,
[51] ReuelsInc. Silk Screen Printing Instructions. Available:
http://www.reuels.com/reuels/Silk_Screen_Printing_Instructions.html
[52] Smith Z. A. and Taylor K. D., (2008), Renewable and alternative energy resources: a reference handbook, ABC-CLIO
Luận văn thạc sĩ Hóa học Phạm Lê Nhân
[53] Solaronix. Ruthenium 620-1H3TBA. Available:
http://www.solaronix.com/products/rutheniumdyes/ruthenium6201h3tba/ [54] Tetsuo S., (2006), Nanostructured Materials for Solar Energy Conversion,
Elsevier
[55] Tributsch H. (2004), "Dye sensitization solar cells: a critical assessment of the learning curve," Coordination Chemistry Reviews, 248, 1511-1530. [56] USADepartmentofEnergy, (2002), The history of solar. In:U.S. The
Department of Energy
[57] Wang H., Bell J., Desilvestro J., Bertoz M. and Evans G. (2007), "Effect of Inorganic Iodides on Performance of Dye-Sensitized Solar Cells," The Journal of Physical Chemistry C, 111, 15125-15131.
[58] Wang P., Zakeeruddin S. M., Moser J. E., Nazeeruddin M. K., Sekiguchi T. and Gratzel M. (2003), "A stable quasi-solid-state dye-sensitized solar cell with an amphiphilic ruthenium sensitizer and polymer gel electrolyte," Nat Mater, 2, 402-407.
[59] Wang Q., Moser J.-E. and Gratzel M. (2005), "Electrochemical Impedance Spectroscopic Analysis of Dye-Sensitized Solar Cells," The Journal of Physical Chemistry B, 109, 14945-14953.
[60] Wang Z.-S., Yamaguchi T., Sugihara H. and Arakawa H. (2005), "Significant Efficiency Improvement of the Black Dye-Sensitized Solar Cell through Protonation of TiO2 Films," Langmuir, 21, 4272-4276.
[61] Zaban A., (2002), Nanostructured materials in photoelectrochemical applications, Kluwer Academic Publishers, New York, Boston, Dordrecht, London, Moscow.