c. So sánh động học các quá trình trao đổi điện tích trong pin DSSC
4.8. PIN f-DSSC SỬ DỤNG MÀNG ITO-PET CÓ ĐIỆN TRỞ MÀNG THẤP
Pin mặt trời f-DSSC ở phần này cũng được chế tạo bằng các quy trình tương tự
như các pin mặt trời trong các thí nghiệm bên trên. Điểm khác biệt duy nhất ở thí nghiệm này là màng dẫn điện ITO-PET được sử dụng để chế tạo điện cực làm việc và
điện cực đối là có độ dẫn điện màng cao hơn (10 Ω) so với màng ITO-PET đã sử dụng
Bảng 4.7: So sánh thông số hoạt động của pin f-DSSC sử dụng các màng điện cực có điện trở khác nhau Loại màng ITO-PET ISC (mA/cm2) VOC (V) FF (%) η (%) 100 Ω 2,35 0,67 66,7 1,05 10 Ω 3,0 0,67 67,8 1,16 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0 1 2 3 ITO-PET 10 Ohm ITO-PET 100 Ohm M at d o d o ng JSC [ m A /cm 2 ] Dien the [V]
Hình 4.18.Đặt tuyến J-V và các thông số của pin mặt trời f-DSSC (10 Ω)
Điện trở màng ITO-PET sử dụng trong việc chế tạo pin mặt trời có ảnh hưởng lớn mật độ dòng Jsc. Điện trở màng giảm làm cho việc khuếch tán của electron đến màng ITO dễ dàng hơn, làm mật độ dòng Jsc tăng và đến hiệu suất chuyển hóa năng lượng của pin f-DSSC tăng.
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN và KIẾN NGHỊ
KẾT LUẬN
Trên cơ sở những kết quả nghiên cứu đã đạt được của luận văn, có thểđưa ra kết luận như sau rằng đã nghiên cứu chế tạo thành công pin mặt trời DSSC trên nền polymer phủ lớp oxide dẫn điện sử dụng chất điện ly gel, kết quả cụ thể như sau:
1. Đã nghiên cứu, chế tạo thành công dung dịch huyền phù TiO2 sử dụng để tạo lớp màng TiO2 trên màng ITO-PET sử dụng làm điện cực làm việc cho pin f-DSSC. 2. Nghiên cứu thành công quy trình phủ lớp màng mỏng TiO2 kích thước micro mét
có độ bám dính tốt, sử dụng làm điện cực làm việc cho pin mặt trời f-DSSC, khảo sát cấu trúc và đánh giá được những yếu tố ảnh hưởng tính chất của màng TiO2 đã chế tạo. Kết luận màng TiO2 có cấu trúc đa lớp với màng chống tái kết hợp TTIP 3% cho hiệu suất chuyển hóa năng lượng cao nhất khi được sử dụng chế tạo pin f-DSSC sử dụng hệđiện ly lỏng và gel.
3. Đã chế tạo thành công các chất điện ly gel, đánh giá được những đặc tính hóa lý của hệđiện ly gel – bán rắn sử dụng trong pin mặt trời trên cơ sở vật liệu TiO2 và chất màu cơ kim trên nền polymer phủ lớp oxide dẫn điện.
4. Đã chế tạo thành công các hệ chất xúc tác có platin kích thước nano bằng phương pháp khử trong môi trường vi sóng và phương pháp nhiệt phân. Chứng minh được hoạt tính xúc tác và ứng dụng thành công các chất xúc tác đã chế tạo
được vào hệ gel điện ly. Đồng thời khảo sát, đánh giá được những tác động của các hệ xúc tác lên tính chất điện hóa của các hệ gel điện ly tương ứng và ảnh hưởng của các hệ xúc tác khác nhau lên đặc tính điện hóa quang của pin mặt trời f-DSSC. Kết quả khảo sát cho thấy hệ xúc tác cho tác dụng tốt nhất khi sử dụng trong pin f-DSSC là Pt.TiO2.
5. Đã góp phần làm sáng tỏ trạng thái cấu trúc khung polymer PEO trong hệ điện ly, đồng thời chỉ ra quy trình, điều kiện thí nghiệm phù hợp để chế tạo mẫu khảo sát cấu trúc khung polymer.
Những kết quả nghiên cứu của nhóm thu nhận được trong quá trình thực nghiệm phù hợp với các kết quả nghiên cứu tham khảo của các hệ gel điện ly cùng chủng loại ở
một số tài liệu tham khảo đã được viện dẫn ở bảng 2.5 trong chương 2. Đồng thời nhóm cũng đã thực hiện một số cải tiến thành công, đóng góp vào việc nghiên cứu nâng cao hiệu quả hoạt động của hệđiện ly này.
KIẾN NGHỊ
Để có thể tiếp tục phát triển các kết quả nghiên cứu đã đạt được trong luận văn này, tác giảđề xuất các hướng nghiên cứu tiếp theo như sau:
1. Tiếp tục nghiên cứu làm rõ những yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành tinh thể
PEO trong hệđiện ly gel trong ứng dụng thực tế.
2. Làm rõ tác động của hàm lượng chất xúc tác Pt.TiO2 lên các đặc tính điện hóa của hệ gel điện ly PEO và các thông số điện hóa quang của pin f-DSSC tương
ứng.
3. Nghiên cứu bổ sung ảnh hưởng của sự biến thiên nhiệt độ ban ngày và ban đêm tác động lên của pin mặt trời f-DSSC: 60-70oC khi phơi sáng và ~ 20oC vào ban
đêm ở VN, và độ bền của pin f-DSSC theo thời gian phơi sáng.
4. Ảnh hưởng của kích thước tế bào pin f-DSSC lên các thông sốđiện hóa quang và hiệu suất chuyển hóa năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Strategic Significance of America’s Oil Shale Resource, Volume I, Assessment of Strategic Issues, 2004
[2] Antonio Luque, Steven Hegedus, Handbook of Photovoltaic Science and Engineering, Great Britain, (2003), p 1-45, ISBN 0-471-49196-9
[3] Peter Wurfel, Physis of Solar cell from Principles to New concepts, Wiley 2005, 109 -172.
[4] Kenji Yamamoto *, Masashi Yoshimi, Yuko Tawada, Yoshifumi Okamoto,Akihiko Nakajima , Thin film Si solar cell fabricated at low temperature, Journal of Non-Crystalline Solids 266-269 (2000) 1082-1087
[5] Araujo G.L, Marti A., Ragay F.W, Efficiency of multiple quantum well solar cells, Proc. 12th. European Photovoltaic Solar Energy Connference 1994, Amsterdam, Bedford, 1481 -1484.
[6] Di Wei* and Gehan Amaratunga, Photoelectrochemical Cell and Its Applications in Optoelectronics, Int. J. Electrochem. Sci., 2 (2007), 897 – 912.
[7] B. O’Regan and M. Grätzel, A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye- sensitized colloidal TiO2 films, Nature. 1991, vol. 353, no. 6346, 737–740.
[8] 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.
[9] Hironori Arakawa and Kohjiro Hara, Current Status of Dye-Sensitized Solar Cells, Semiconductor Photochemistry and Photophysics, 2003, 10, p. 123-171.
[10] 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., 1997, 9(2), 430-439.
[11] A. Vittadini, A. Selloni, F. Rotzinger and M. Grätzel Phys. Rev. Lett. 81, 2954 (1998
[12] A. Luque, S.Hegedus, Handbook of Photovoltaic Science and Engineering. John
Wiley & Sons, Ltd, 2003.
[13] Masao Kaneko, Ichiro Okura, Photocatalysis: Science and Technology. Springer-
Verlag Berlin Heidelberg 2002, New York.
[14] Kohjiro Hara, Takeshi Nishikawa, Mitsuhiko Kurashige, Hiroshi Kawauchi, Takeo Kashima, Kazuhiro Sayama, Kenichi Aika, Hironori Arakawa 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 85, 21–30, 2005.
[15] 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., 1997, (23),
4571-4578.
[16] Bảng chất màu nhạy quang
[17] 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.
[18] 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. [19] 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 83(6),
2009, 845 – 849.
[20] Ronald Sastrawan, Photovoltaic modules of dye solar cells, Faculty of Mathematic and Physic, Albert-Ludwig-University Freiburg, Breisgau, Doctoral Dissertation 2006.
[21] R. Stangl, J. Ferber,J. Luther, On the modeling of the dye-sensitized solar cell,
[22] 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 524–525 (2002) 127–136.
[23] Brian A. Gregg, The Essential Interface: Studies in Dye-Sensitized Solar Cells, 2003, 10, pp. 51-89
[24] Petter Persson* and Maria J. Lundqvist, Calculated Structural and Electronic Interactions of the Ruthenium Dye N3 with a Titanium Dioxide Nanocrystal, J. Phys. Chem. B 2005, 109, 11918-11924.
[25] 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, 1997, 80(12), 3157-3171.
[26] 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 524–525 (2002) 127–136.
[27] 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, 101(14), 1997, 2576-2582.
[28] A. Luque and S. Hegedus, Handbook of Photovoltaic Science and Engineering, John Wiley & Sons, Chapter 15 (2003), ISBN: 0-471-49196-9
[29] S.Ganesan, B.Muthuraaman, VinodMathew, J.Madhavan, P.Maruthamuthu, S.AustinSuthanthiraraj, Performance of a new polymer electrolyte incorporated with diphenylamine in nanocrystalline dye-sensitized solar cell, Solar Energy Materials & Solar Cells 92 (2008) 1718–1722
[30] Trung tâm tiết kiệm Năng lượng, http://www.ecc-hcm.gov.vn/, Vo Anh Quan (2006).
[31] Degradation of the solar cell dye sensitizer N719 - Preliminary building of the Dye-sensitized Solar Cells. Master thesis, Roskilde University
[33] S. M. Zakeeruddin, J. E. Moser, M. K. Nazeeruddin, T. Sekiguchi & M. Grätzel (2003), A stable quasi-solid-state dye-sensitized solar cell with an amphiphilic ruthenium sensitizer and polymer gel electrolyte , Nat. Mater., 2, 498
[34] Jihuai Wu, Pinjiang Li, Sancun Hao, Hongxun Yang, Zhan Lan (2007), A polyblend electrolyte (PVP/PEG+KI+I2) for dye-sensitized nanocrystalline TiO2 solar cells, Electrochimica Acta 52, 5334–5338.
[35] A. R. Sathiya Priya, A. Subramania, Young-Sam Jung and Kang-Jin Kim (2008), High-Performance Quasi-Solid-State Dye-Sensitized Solar Cell Based on an Electrospun PVdF−HFP Membrane Electrolyte, Langmuir, 24 (17), pp 9816–9819 [36] Zhang Lan, Jihuai Wu,* Sancun Hao, Jianming Lin, Miaoliang Huang and
Yunfang Huang (2009), Template-free synthesis of closed-microporous hybrid and its application in quasi-solid-state dye-sensitized solar cells, DOI: 10.1039/b821908.
[37] Jifu Shi, Shengjie Peng, Juan Pei, Yanliang Liang, Fangyi Cheng and Jun Chen (2009), Quasi-Solid-State Dye-Sensitized Solar Cells with Polymer Gel Electrolyte and Triphenylamine-Based Organic Dyes, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2009, 1
(4), pp 944–950.
[38] Haque S.A et al (2003). Flexible dye sensitised nanocrystalline semiconductor solar cells. Chem Commun, 3008-3009.
[39] De Paoli et al (2006). Solid-state dye-sensitized solar cell: Improved performance and stability using a plasticized polymer electrolyte. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 181, 226-232.
[40] G. Paruthimal Kalaignan, Moon-Sung Kang, Yong Soo Kang (2006). Effects of compositions on properties of PEO–KI–I2 salts polymer electrolytes for DSSC.
Solid State Ionics, 177, 1091-1097.
[41] Evangelia Chatzivasiloglou et al (2007). The influence of the metal cation and the filler on the performance of dye-sensitized solar cells using polymer-gel redox electrolytes. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 192, 49-
[42] Marco-A. De Paoli et al (2001). All-Polymeric Electrochromic and Photoelectrochemical Devices: New Advances. Electrochim. Acta, 46, 4243-4249. [43] Haque S.A et al (2003). Flexible dye sensitised nanocrystalline semiconductor
solar cells. Chem Commun, 3008-3009.
[44] Aurelien Du Pasquier (2007). An approach to laminated flexible Dye-sensitized solar cells. Electrochimica Acta, 52, 7469–7474.
[45] G. Katsaros et al (2002). 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, 191-198.
[46] Moon-Sung Kang, Kwang-Soon Ahn, Ji-Won Lee (2008). Quasi-solid-state dye- sensitized solar cells employing ternary component polymer-gel electrolytes.
Journal of Power Sources 180, 896–901.
[47] Janne Halme, Jaakko Saarinen, Peter Lund, Spray deposition and compression of TiO2 nanoparticle films for dye-sensitized solar cells on plastic substrates, Solar Energy Materials & Solar Cells 90 (2006), p 887–899
[48] Nerine J. Cherepy, Greg P. Smestad, Michael Gratzel, Jin Z. Zhang, Ultrafast Electron Injection: Implications for a Photoelectrochemical Cell Utilizing an Anthocyanin Dye-Sensitized TiO2 Nanocrystalline Electrode, J. Phys. Chem. B
1997, 101, 9342-9351.
[49] Guiyan Yu, Weixiang Chen, Jie Zhao And Qiulin Nie, Synthesis of highly dispersed Pt/C electrocatalysts in ethylene glycol using acetate stabilizer for methanol electrooxidation, Journal of Applied Electrochemistry (2006) 36:1021– 1025
[50] XiangLi, Wei-XiangChen, Jie Zhao, Wei Xing, Zhu-De Xu, Microwave polyol synthesis of Pt/CNTs catalysts: Effects of pH on particle size and electrocatalytic activity for methanol electrooxidization, Carbon 43 (2005) 2168–2174
[51] [Zhang Lan, Jihuai Wu,* Sancun Hao, Jianming Lin, Miaoliang Huang and Yunfang Huang (2009), Template-free synthesis of closed-microporous hybrid and its application in quasi-solid-state dye-sensitized solar cells, DOI: 10.1039/b821908g
[52] Jian-Hua Cao, Bao-Ku Zhu, Geng-Liang Ji and You-Yi Xu, Preparation and characterization of PVDF–HFP microporous flat membranes by supercritical CO2 induced phase separation, Journal of Membrane Science, Vol 266, Issues 1-2, (2005), Pages 102-109
[53] Takurou N. Murakami, Michael Gratzel, Review Counter electrodes for DSC:
Application of functional materials as catalysts, Inorganica Chimica Acta 361
PHỤ LỤC
Phụ Lục 1. Cơ Sở Lý Thuyết Phương Pháp Quét Thế Vòng Tuần Hoàn
Phương pháp quét thế tuần hoàn – CV (Cyclic Voltammetric) thường được dùng
để khảo sát thế oxi hóa khử của một hệ oxi hóa khử, xác định hệ số khuếch tán D và xem xét sự biến thiên thuận nghịch (khả năng có thể phóng và nạp) của vật liệu nghiên cứu. Điện thếởđây biến thiên tuyến tính theo thời gian.
Hình 9. Đồ thị quét thế vòng cyclicvoltametry
Biến thiên điện thế theo thời gian có thể xác định theo các công thức sau: φ = φđ – v.τ khi 0 < τ < λ φ = φđ – v.λ+v(τ-λ) khi τ > λ Trong đó: v – Tốc độ quét thế 0,000 mV/s ÷ 1000 mV/s λ - Thời điểm đổi chiều quét thế, s τ - Thời gian, s φđ - điện thế ban đầu (V)
Khi dùng phương pháp CV nghiên cứu một hệ thống thuận nghịch cho bề mặt
Hình 10. Đường cong dòng thế của dung dịch I-/I3- quét với điện cực Pt và Carbon nanotube. Dòng cực đại: ip,R = -2,69.105.n3/2.Do1/2.Co.v1/2 Trong đó: n - Sốđiện tử tương đối Do - Hệ số khuyếch tán (cm2/s) Co - Nồng độ ban đầu của chất O (mol/cm3) Ở 298 K , − . , = (Không phụ thuộc vào tốc độ quét thế) và .
. = 1