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研究生： 陳冠甫
論文名稱： 有機共軛酸在太陽能電池染料的應用
指導教授： 葉名倉
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 化學系
Department of Chemistry
論文出版年： 2006
畢業學年度： 94
語文別： 中文
論文頁數： 76
中文關鍵詞： 二氧化鈦 、染料敏化 、太陽能電池
論文種類： 學術論文
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    • 中文摘要
    在本篇論文中，我們研發以有機共軛酸當作主要骨架的有機化合物染料4-(4-二甲胺苯)1,3-環己二烯羧酸 (5)、4-(4-二苯胺苯)1,3-環己二烯羧酸 (10)和4-(4-(9H-咔唑基)苯)1,3-環己二烯羧酸 (15)來當作染料敏化太陽能電池的材料，並測試、探討其物理性質，以作為將來發展類似結構時的依據。在這些合成的有機化合物染料結構中，均包含了環己二烯(1,3-cyclohexdiene)的架構，這可使整個結構的穩定度大幅提高。
    在物理性質方面，我們測試化合物(5、10、15)其個別的吸收光譜、螢光激發光譜和電化學性質。同時也將其製作成元件(染料敏化太陽能電池)，利用太陽光模擬及特定波長光束輸出系統進行光電轉換效率(η)與單色光轉換效率(IPCE)的測試。

    Abstract
    In this thesis, we synthesized three organic dye-sensitized compounds 4-(4-(Dimethylamin)phenyl)cyclohexa-1, 3-dienecarboxylic acid (5)、4-(4-(Diphenylamino)phenyl)cyclohexa-1, 3-dienecarboxylic acid (10) and 4-(4-(9H-Carbazol-9-yl)phenyl)cyclohexa-1, 3-dienecarboxylic acid (15). Their physical properties were investigated. All of our compounds possess 1,3-cyclohexdiene conjugated units as the skeleton and enhance their structure stability. According to the information we obtained, more related compounds and their application could be further developed.
    All of these compounds were characterized by UV/VIS spectrophotometer, fluorescence spectrophotometer and cyclic voltammetry. The photoconversion and incident photo-to-current efficiencies of these compounds were inspected using the AM 1.5 simulated solar light and irradiation of monochromic light system.

    目錄 目錄 i 中文摘要 v 英文摘要 vi 第一章 緒論 1 1.1 概述 1 1.2 太陽能電池 1 1.3 太陽 8 1.4 二氧化鈦 11 第二章 染料敏化太陽能電池材料之研究 16 2.1 染料敏化太陽能電池 16 2.2 實驗設計與概念 29 2.3 結果與討論 32 2.4結論 46 第三章 實驗部份 47 3.1 分析儀器及基本實驗操作 47 3.2 實驗步驟及光譜數據 51 3.3物理性質的測試 67 3.3.1 吸收光譜 67 3.3.2 放射光譜 67 3.3.3 螢光激態生命值 68 3.3.4 電化學分析 68 3.3.5 元件製備及測量 68 第四章 參考文獻 72 附圖 圖目錄 圖1.1 矽晶片太陽能電池工作原理示意圖 5 圖1.2 太陽結構圖 8 圖1.3 常用二氧化鈦的兩種結晶型態 11 圖1.4 二氧化鈦光催化反應機制圖 12 圖1.5 二氧化鈦於光催化時表面示意圖 13 圖1.6 常用半導體之band positions圖 13 圖1.7 電子-電洞對之催化產生光效應機制與時間之關係圖 14 圖1.8 二氧化鈦表面光敏化過程示意圖 15 圖2.1 N 3錯合物結構圖 17 圖2.2 染料敏化太陽能電池基本原理示意圖 17 圖2.3 二氧化鈦/染料/電解質介面電雙層之電場示意圖 19 圖2.4 染料敏化太陽能電池的電子能階示意圖 20 圖2.5 染料敏化太陽能電池之氧化鈦/染料/電解質之能階示意圖 21 圖2.6 染料敏化太陽能電池發展時程圖 25 圖2.7 各式染料敏化太陽能電池整體效率的演進圖 25 圖2.8 Arakawa於2003年所發表以Coumarin結構為主要架構的有機化合物染料 27 圖2.9 Hara於2005年所發表以Coumarin結構為主要架構的有機化合物染料 28 圖2.10 Yanagida所發表的化合物 29 圖2.11 Hara所發表的化合物 30 圖2.12 化合物結構型式 31 圖2.13 化合物5的合成流程圖 32 圖2.14 化合物10的合成流程圖 33 圖2.15 化合物11的合成流程圖 34 圖2.16 化合物5、化合物10、化合物15的吸收光譜圖 35 圖2.17 化合物10的激發光譜圖 36 圖2.18 化合物15的激發光譜圖 36 圖2.19 化合物10分別於氰甲烷、二氯甲烷、二甲亞碸、甲苯溶劑中的吸收光譜圖 37 圖2.20 化合物10分別於氰甲烷、二氯甲烷溶劑中的激發光譜圖 37 圖2.21 化合物5的CV圖 38 圖2.22 化合物10的CV圖 39 圖2.23 化合物15的CV圖 39 圖2.24 化合物5的SWV圖 40 圖2.25 化合物10的SWV圖 40 圖2.26 化合物15的SWV圖 41 圖2.27 化合物5、化合物10、化合物15能階示意圖 42 圖2.28 化合物5、化合物10、化合物15的I-V圖(第一次) 43 圖2.29 化合物5、化合物10、化合物15的I-V圖(第二次) 44 圖2.30 化合物5、化合物10、化合物15的IPCE圖 44 圖3.1 太陽光模擬及特定波長光束輸出系統圖 49 圖3.2 元件結構示意圖 69 圖3.3 蒸鍍二氧化鈦至導電玻璃的流程圖 70 表目錄 表1.1 傳統石化能源蘊藏量與使用年限推估表 2 表1.2 太陽能電池的應用範圍表 4 表1.3 矽晶片太陽能電池和染料敏化太陽能電池之比較表 7 表2.1 傳統矽晶片太陽能電池與染料敏化太陽能電池的比較表 18 表2.2 物理性質總表 45 表3.1 核磁共振光譜儀使用溶劑之化學位移表 47

    第四章 參考文獻
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