Xuất phát từ quan sát của chuỗi thí nghiệm hình 5.19 chúng tôi đề xuất quy trình xử lý pin bằng kỹ thuật “tiêm – rút” chất phụ gia 4-TBP trước khi bơm dung dịch điện ly. Quá trình xử lý như sau: Bơm 10 µl 4-TBP vào pin qua lỗ khoan trên catốt, giữ trong 1 phút sau đó rút ra bằng bơm rút chân không tốc độ dòng 30 l/phút, có thể lặp lại quá trình xử lý nhiều lần. Chất phụ gia 4-TBP hấp phụ lên những vị trí mà các phân tử chất màu nhạy quang không hấp phụ được trên bề mặt TiO2. Xử lý 4-TBP có tác dụng làm giảm dòng tối, tăng thế mạch hở của pin. Đường I-V trước và sau những lần xử lý 4-TBP cho pin N3, diện tích 0,38 cm2 được biểu diễn trên hình 5.20.
Hình 5. 20.Đường I-V của pin N3 trước (----) và sau xử lý với 4-TBP lần thứ nhất (-- ■--), lần hai (--▲--), lần ba (----), lần tư (----) lần năm (----).
Thế mạch hở của pin tăng mạnh (khoảng 100 mV) ngay sau lần xử lý đầu tiên. Từ lần xử lý thứ hai trở đi, thế Voc hầu như không thay đổi. Tương tự dòng ngắn mạch tăng lên sau lần xử lý đầu tiên, tuy nhiên kể từ lần xử lý thứ hai trở về sau dòng ngắn mạch có khuynh hướng giảm về giá trị trước xử lý. Thông số điện hóa của pin DSC thay đổi theo số lần xử lý được trình bày trong bảng 5.3. Hiệu suất của pin đạt giá trị cao nhất ở lần xử lý thứ hai (tăng khoảng 1,5 % so với trước xử lý).
Bảng 5.3 cho thấy, thế Voc tăng tương ứng với sự giảm điện dung của màng TiO2. Ở lần xử lý đầu tiên điện dung của màng TiO2 giảm khoảng 20 mF, sau những lần xử lý tiếp theo điện dung giảm chậm và tiến tới ổn định. Sự giảm điện dung chứng tỏ rằng đã có sự dịch chuyển mép dải dẫn của bán dẫn TiO2 dẫn đến tăng thế mạch hở của pin trong quá trình xử lý 4-TBP [7], [9], [15], [34].
Nguyên nhân tăng dòng ngắn mạch có thể do một phần chất màu nhạy quang và mảng vỡ của TiO2 được lôi ra từ bên trong, có lẽ tác động này đã khai thông mạch khuếch tán cho dung dịch điện ly dịch chuyển thuận lợi bên trong pin. Ngoài ra các mảng TiO2 không liên kết cũng được loại bỏ. Những lần xử lý sau, một lượng nhỏ chất màu nhạy quang có thể bị bứt ra khỏi bề mặt TiO2 và bị kéo ra bên ngoài bởi lực hút của bơm chân không, vì thế dòng ngắn mạch giảm nhẹ. Như vậy quy trình xử lý pin DSC tốt nhất đạt được sau 2 lần “bơm- rút” chất phụ gia 4-TBP trước khi bơm dung dịch điện ly.
Bảng 5. 3. Ảnh hưởng số lần xử lý (n) 4-TBP lên các thông số đặc trưng I-V và điện hóa (EIS) của pin N3 đo tại cường độ sáng 100 mW/cm2.
n Voc(V) FF (mA/cmisc 2) (%)η (mF)Cμ 0 0,77 0,45 12,8 4,8 92,6 1 0,86 0,46 15,1 6,0 72,6 2 0,87 0,47 15,6 6,4 67,3 3 0,84 0,47 15,0 5,7 63,9 4 0,85 0,49 13,6 5,2 56,6 5 0,85 0,49 13,0 4,9 57,5
Quy trình xử lý “bơm – rút” 4-TBP tối ưu được áp dụng cho pin DSC có diện tích nhỏ (0,28 cm2). Kết quả đo đường I-V (hình 5.21) cho thấy thế mạch hở tương tự tăng khoảng 80 mV, trong khi dòng ngắn mạch giảm nhẹ.
Hình 5. 21. Đường I-V của DSC N5 trước xử lý (---- ) và sau xử lý (--■-- )
Việc xử lý 4-TBP cho pin có diện tích nhỏ đã làm tăng thế mạch hở do dịch chuyển mép dải dẫn nên đồng thời làm giảm dòng ngắn mạch. Dòng ngắn mạch không tăng sau khi xử lý như pin diện tích lớn hàm ý rằng pin có diện tích nhỏ ít điểm khuyết tật bên trong hơn pin có diện tích lớn. Đây cũng chính là nguyên nhân làm giảm tính năng của DSC diện tích lớn được đề cập trong phần 5.1.
Như vậy quá trình xử lý phụ gia vừa làm tăng thế mạch hở đồng thời loại bỏ những điểm khuyết tật bên trên màng TiO2 của pin DSC nên thật sự cần thiết áp dụng cho những pin có diện tích lớn, đặc biệt ý nghĩa đối với quy trình chế tạo tấm pin DSC trong tương lai.