自從O'Regan和Grätzel發明染料敏化太陽能電池(Dye-sensitized Solar Cells, DSSCs)以來，由於其薄膜製程、結構簡單、高效率且成本低廉的優點，迅速地吸引了國內外團隊投入研究。染料敏化太陽能電池結構分為二氧化鈦工作電極，染料，電解質和白金對電極。對電極的功用為收集外部電路電子並催化I3-離子還原。但因白金對電極價格昂貴，其成本佔了整個染料敏化太陽能電池製作成本的一半。針對上述問題，尋找替代的白金電極已成為重要的研究方向。
本研究共分為三個部分：
一、我們製備了聚二氧乙基噻吩:聚苯乙烯磺酸/還原氧化石墨烯/錳大環錯合物(PEDOT:PSS/rGO/Mn) 奈米複合材料，並探討在不同的燒結溫度下材料的表面形貌、元素成分比例、和電化學特性。接著將此材料應用於染料敏化太陽能電池的對電極，並量測元件的光電轉換效率、阻抗頻譜、以及外部量子轉換效率。實驗結果顯示：在燒結300℃的時候元件效率高達7.85%，可取代白金對電極。
二、我們製備了聚二氧乙基噻吩:聚苯乙烯磺酸/還原氧化石墨烯/鋅大環錯合物(PEDOT:PSS/rGO/Zn) 奈米複合材料，並分析不同燒結溫度的表面形貌、元素成分、X射線光電子能譜、傅立葉轉換、原子力顯微鏡、和拉曼光譜。接著將此材料應用於染料敏化太陽能電池的對電極，實驗結果顯示：在燒結300℃的時候，元件效率為7.05%，超越了白金對電極。
三、我們利用不同重量百分濃度的Graphene以及WS2二維材料，製作成奈米複合材料，將此材料應用於染料敏化太陽能電池的對電極，並研究以不同重量百分濃度的Graphene和WS2作為對電極，對於染料敏化太陽能電池特性之影響。

Since the invention of dye-sensitized solar cells (DSSCs) by O’Regan and Grätzel, DSSCs have attracted the attention of research teams from all over the world due to the advantages of thin film process, simple structure, high efficiency, and low cost. The structure of dye-sensitized solar cells is divided into titanium dioxide working electrode, dye, electrolyte and platinum counter electrode. The function of the counter electrode is to collect external circuit electrons and catalyze I3- ion reduction. However, because the platinum counter electrode is expensive, it can account for half of the entire cost of a dye-sensitized solar cell. Finding alternative platinum electrodes for the above problems has become an important research direction.
This research is divided into three parts:
First, we prepared the PEDOT:PSS/rGO/Mn nanocomposites, and the surface morphology, elemental composition ratio, and electrochemical properities of the materials were analyzed. The nanocomposites were applied to the counter electrode of dye-sensitized solar cells, and the power conversion efficiency, impedance spectroscopy, and external quantum efficiency of the DSSCs were measured. The experimental results show that the efficiency of the device was 7.85% when rGO/Mn was sintered at 300°C, which was expected to replace the Pt electrode.
Second, we prepared the PEDOT:PSS/rGO/Zn nanocomposites, and the surface morphology, elemental composition, X-ray photoelectron spectroscopy, Fourier transform, atomic force microscope, and Raman spectra of the materials were analyzed. The nanocomposites were applied to the counter electrode of dye-sensitized solar cells. When the rGO/Zn was sintered at 300°C, the device efficiency was 7.05%, surpassing the Pt counter electrode.
Finally, graphene and two-dimensional WS2 nanocpmposites were used as the counter electrodes for dye-sensitized solar cells, and the elecrtrode properities of the graphene and WS2 nanocpmposites and the device characteristics of the DSSCs baed on the graphene and WS2 counter electrodes were studied.

第一章 序論 1
1.1 前言 1
1.1.1 地球能源現況 1
1.1.2 太陽能 2
1.2 太陽能電池種類發展 4
1.2.1 染料敏化太陽能電池 6
1.3 實驗儀器及研究原理 9
1.3.1 太陽光模擬器(Solar Simulator) 9
1.3.2 電化學分析儀(Electrochemical Impedance Spectrometer) 13
1.3.3 外部量子轉換效率分析儀(External Quantum Efficiency Measurement System) 14
1.3.4 場發射掃描式電子顯微鏡(Field-emission scanning electron microscope FE-SEM) 16
1.3.5 X光能量散佈光譜儀(Energy-dispersive X-ray Spectrometer) 17
1.3.6 原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope) 18
1.3.7 X射線光電子能譜分析(X-ray Photoelectron Spectrometer) 19
1.3.8 傅立葉轉換紅外線光譜分析(Fourier-transform infrared spectroscopy) 19
1.3.9 拉曼光譜分析(Raman spectroscopy) 20
第二章 聚二氧乙基噻吩:聚苯乙烯磺酸/還原氧化石墨烯/金屬錳大環複合材料於染料敏化太陽能電池對電極之研究 21
2.1 前言 21
2.1.1 石墨烯的介紹 21
2.1.2 石墨烯的特性 21
2.2 實驗方法 22
2.2.1 材料製備(輔大周育如同學提供) 22
2.2.2 元件製作 26
2.3 結果與討論 28
2.3.1 場發射掃描式電子顯微鏡(FE-SEM) 28
2.3.2 穿透式電子顯微鏡(TEM)(輔大周育如同學提供) 29
2.3.3 X光能量散佈光譜儀(EDS) 30
2.3.4 原子力顯微鏡(AFM) 32
2.3.5 拉曼光譜分析(Raman spectroscopy) 34
2.3.6 傅立葉轉換紅外線光譜分析(FT-IR) (輔大周育如同學提供) 35
2.3.7 X光繞射分析(XRD) (輔大周育如同學提供) 38
2.3.8 電化學循環伏安法(CV) 39
2.3.9 染料敏化太陽能電池元件特性分析 40
2.4 結論 44
第三章 聚二氧乙基噻吩:聚苯乙烯磺酸/還原氧化石墨烯/金屬鋅大環複合材料於染料敏化太陽能電池對電極之研究 45
3.1 前言 45
3.2 實驗方法 46
3.2.1 材料製備(輔大吳俊翰同學提供) 46
3.2.2 元件製作 49
3.3 結果與討論 51
3.3.1 場發射掃描式電子顯微鏡(FE-SEM) 51
3.3.2 X光能量散佈光譜儀(EDS) 54
3.3.3 原子力顯微鏡(AFM) 56
3.3.4 拉曼光譜分析(Raman spectroscopy) 59
3.3.5 傅立葉轉換紅外線光譜分析(FT-IR) (輔大吳俊翰同學提供) 60
3.3.6 X光繞射分析(XRD) (輔大吳俊翰同學提供) 63
3.3.7 X射線光電子能譜分析(XPS) 64
3.3.8 電化學循環伏安法(CV) 65
3.3.9 染料敏化太陽能電池元件特性分析 66
3.4 結論 70
第四章 以二維材料二硫化鎢與片狀石墨烯於染料敏化太陽能電池對電極之研究 71
4.1前言 71
4.2實驗方法 72
4.2.1材料製備 72
4.2.2元件製作 73
4.3 結果與討論 75
4.3.1場發射掃描式電子顯微鏡(FE-SEM) 75
4.3.2 X光能量散佈光譜儀(EDS) 76
4.3.3原子力顯微鏡(AFM) 78
4.3.4拉曼光譜分析(Raman spectroscopy) 79
4.3.5電化學循環伏安法(CV) 81
4.3.6染料敏化太陽能電池元件特性分析 82
4.4 結論 86
第五章 總結論 87
參考文獻 89

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