Pin mặt trời chất màu nhạy quang được chế tạo có hiệu suất chuyển đổi quang điện cao nhất là 7,3%. Hình đạng pin có thể thiết kế đa dạng nhờ áp dụng kỹ thuật in lụa tạo điện cực anốt TiO2. Các quá trình trao đổi điện tử và chuyển ion trong DSC được mô phỏng bằng mô hình tổng trở điện hóa. Trên cơ sở mô phỏng mạch tương đương cho phép xác định quá trình giảm cấp tính năng của DSC mà không làm phá hủy pin. Phân tích các yếu tố mạch thành phần có thể xác định nguyên nhân làm suy giảm tính năng của pin. Nguyên nhân chủ yếu làm suy giảm tính năng của pin trong quá trình thử nghiệm độ bền phơi sáng và ủ nhiệt là sự suy giảm dung dịch điện ly. Yếu tố tái kết hợp của điện tử và I3− cũng được phân tích bằng phổ tổng trở, tuy nhiên yếu tố này ít ảnh hưởng đến tính năng của pin.
105
Luận án tiến sĩ Hóa học
KẾT LUẬN
1. Đã chế tạo các pin DSC trên cơ sở chất màu nhạy quang N719, D520, N749. Pin có tính năng tốt nhất đạt được mật độ dòng quang điện khoảng 16 -18 mA/cm2, thế mạch hở 0,80 - 0,86 V, hiệu suất chuyển đổi quang điện 7%.
2. Nhận danh được 5 sản phẩm phân hủy của chất màu nhạy quang N719 do tác dụng của ánh sáng là [Ru(H2dcbpy)2(NCS)(4-TBP)], [Ru(H2dcbpy)2(NCS)(CN)], Ru(H2dcbpy)2(NCS)(CH3CN)], [Ru(H2dcbpy)2(NCS)(H2O)] và [Ru(H2dcbpy)2(CN)2]. Hiệu suất lượng tử của tổng sản phẩm phân hủy Φdeg = (1,3 ± 0,2)×10−4, không phụ thuộc vào nồng độ 4-TBP. Cơ chế phản ứng phân hủy quang được đề nghị, trong đó giai đoạn tốc định của phản ứng là giai đoạn hình thành hợp chất trung gian [Ru(II)(H2dcbpy)2(NCS)(NCS·)]+. Tốc độ phân hủy trung bình kdeg =4×10−3 s−1 xác định từ giá trị Φdeg và tốc độ phản ứng chuyển ngược điện tử kb.
3. Động học phân hủy chất màu nhạy quang N719 , D520 ở nhiệt độ cao (80 -110oC) cho thấy sản phẩm thế dung môi ([Ru(H2dcbpy)2(NCS)(dm)]) và phụ gia 4- TBP ([Ru(H2dcbpy)2(NCS)(4-TBP)]) là sản phẩm phân hủy chính. Thời gian bán hủy của phản ứng trong dung dịch lỏng tại 80oC lớn hơn 1000 giờ, tuy nhiên trong dung dịch keo TiO2-N719 và TiO2-D520 thời gian bán hủy giảm xuống còn khoảng 100 – 300 giờ. Như vậy pin mặt trời chất màu nhạy quang sử dụng chất điện ly ACN hoặc MPN và chất phụ gia 4-TBP khó vượt qua 1000 giờ thử nghiệm độ bền trong tối tại 85oC.
4. Đã cải thiện một số kỹ thuật trong quá trình chế tạo pin mặt trời chất màu nhạy quang (DSC) như: tạo màng TiO2 bằng kỹ thuật in lụa, kỹ thuật ráp DSC. Áp dụng xử lý pin bằng kỹ thuật “bơm – rút” chất phụ gia 4-TBP đã nâng cao được tính năng của pin như: hiệu suất pin nâng cao được khoảng 2%, thế mạch hở đạt tới 0,86V. Chất phụ gia GuNCS (nồng độ 0,25 M) tác động chủ yếu lên thế catốt làm tăng thế mạch hở của pin lên khoảng 70 mV.
5. Quá trình điện hóa trong DSC được mô phỏng bằng hai mạch điện tương đương tương ứng với trường hợp phản ứng tái hợp chậm và tái hợp nhanh. Sử dụng
106
Luận án tiến sĩ Hóa học
phân tích phổ tổng trở đo được của các pin để đánh giá độ bền quang, nhiệt của pin trong suốt thời gian phơi nhiệt trong tối ở nhiệt độ 85oC và phơi sáng ở nhiệt độ 40oC. Xác định được cơ chế phân hủy pin DSC chủ yếu do điện trở khuếch tán của ion I3-, I- trong dung dịch điện ly tăng mạnh và sự tái kết hợp tạo dòng tối xảy ra nhanh hơn, tương ứng với sự suy giảm tính năng của pin. Thử nghiệm pin mặt trời chất màu nhạy quang ở 85oC trong tối của các pin DSC tự chế tạo cho thấy: chỉ các pin DSC sử dụng chất màu nhạy quang D520 không phụ gia 4-tert butyl pyridine (4-TBP) có hiệu suất ổn định, duy trì được trong 780 giờ phơi, còn các pin loại khác sau 600 giờ phơi nhiệt, hiệu suất chỉ còn 1% đến 2%. Nguyên nhân chủ yếu làm giảm cấp DSC đã dược xác định qua phân tích tổng trở là do sự phân hủy chất điện ly.
107
Luận án tiến sĩ Hóa học