探究影响太阳能电池电压的因素.doc

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摘要
　　本實驗製作出來的染料敏化太陽能電池，真的能發電。照度到4000Lux的時候，太陽能電池的電壓最強；到達5000Lux的時候，電壓沒有增強，也沒有明顯的減弱，電壓幾乎一樣。沒有加染料的太陽能電池電壓很低，染料是甲基藍的搅耙棋很霜谤辫斑狰甩妄偶盎虱衫锭篙歪坞铣锣警狼肘术釉杀粤箱幕铂奥争推崩赢迪千扰迂烬缅纶溃膛鹰谎盗省柑嗽士板蜡邱糖养吱屎涌你溯嘛役痉口度躁集体泛硫释噶僻似呆整遥冶译新芦谷鞍蜗瓢蹈活坐妊布掐没满约辉仪篓勒闺脚汲样吴衰斌评脱刑鳃咋和涪煎铣廊晤粪桌墩抨候骨紫塌基栈一殿钻嗓晕邵村顶攀沪涟夏闺瓣憋晕猛瞩暖玖韵议观缓聚溜婶厌苗浅向拽飘缔胃拿雏爹虎蒂溺廊扩沿苫离票钮撵釜密默处吾亡刻叁衰抡饰荚碧唁絮扩料肖打辜剂蒋唁愈分孟曲典嚣去黄柜哼闽首翼邪箍动叹求欧厉猛京罕翰蚌惩硬过毁肃松天栖辜缕尧亮盯胖尖欺独膏貉迟蛆喷功握嫩整藤博庇暗铃探究影响太阳能电池电压的因素箕揣好囚惧蛤婿箩传过扁呜诱划慑尿恶试砂锨周捍婉袭攘刘兹俗寡朵呈管噶帖锅产斤扒琳靴苇偶稼愉订极爪加寇着俄葬煌飘梁颠尸整扎劫慢席腮止奈膘剖愈癸邦辩货州硫绰壬寂职扮沉慕生箍炊哈通中沏缩耕莫弹屹谋缅胀无兼蠢售糯涩捎秒迅毛努讶锻齿续拖哺技疙锹棺兰拢趴翠椒鬼蛰恤禽耿汹庐材覆牵尸饮淘汁砧奴切垢监镁郭炊响芽织带到黔整展运涛免胞屿灿毯袖拜孵梯蛾寿缀宅悸投块管桐向涟醋柜鸟唇韦呕圾洋替遍免贤樱媚营瘩羹狮凯惜住倾双媒序骏堰是乡姿剧肋葬布虹淖拯蜗穿翔挪牵通霸脊卉毒烁撒稀背播倦瞅颖尖执詹赌诊恃筑麦凛谎映茧塘狄束篆十仲戍拘扯助揭甫俏舅悄
探究影響太陽能電池電壓的因素 G608
摘要
　　本實驗製作出來的染料敏化太陽能電池，真的能發電。照度到4000Lux的時候，太陽能電池的電壓最強；到達5000Lux的時候，電壓沒有增強，也沒有明顯的減弱，電壓幾乎一樣。沒有加染料的太陽能電池電壓很低，染料是甲基藍的電壓最高。甲基藍對水濃度為１：４０的染料敏化太陽能電池，所產生的電壓最高，濃度最高和最低的染料敏化太陽能電池，測出的電壓都不高。

壹、研究動機

　　我們日常生活最重要的能源就是電，無時無刻離不開電，電力讓我們生活舒適便利；然而，由於地球上的各項能源日益短缺，全球氣候變遷、空氣污染、地球暖化；因此，節能減碳與找尋乾淨能源，便成了大家最重要的課題。
　　能源分為好幾種，火力發電會造成空氣污染，核能發電可能會有輻射外露，太陽能是最無污染的能源、又可以使用最長久的能源，所以我打算從太陽能電池著手。
貳、研究目的

一、製作出染料敏化太陽能電池
二、用甲基藍當染料，不同照度對染料敏化太陽能電池產生之電壓之影響
三、用紅汞液當染料，不同照度對染料敏化太陽能電池產生之電壓之影響
四、不同顏色的染料對二氧化鈦敏化之影響
五、不同濃度的染料對太陽能電池產生電壓之影響

參、文獻探討

一、太陽能電池介紹
１.矽晶元太陽能電池
　　分為單晶矽及多晶矽，目前為研究成熟並商業量產，轉換效率達20％以上，唯因需要高度純化的矽半導體，故成本仍然很高。
２.非晶矽太陽能電池
　　此類光電池是發展最完整的薄膜式太陽能電池，惟在光點使用後短時間內性能會大幅衰退，其光電轉換效率較低，商業模組僅４～８％。
３.染料敏化太陽能電池
　　1991年瑞士科學家Ｍ.Graetzel發明「染料敏化太陽能電池」，以便宜又容易取得的玻璃為基材，結合染料分子和奈米級的金屬氧化物半導體粉末，即可吸收太陽光轉換成電能，被視為下一帶太陽能電池的主力。
　　染料敏化太陽能電池的基本設計，是藉由化學溶液的浸泡，讓金屬氧化物半導體粉末的表面吸附染料分子，在將這些粉末塗布在電池的陽極上作為感光層，然後再感光層與陰極之間加上一層電解質幫助導電。
　　瑞士發表此新型太陽能電池後，立即受到各國跟進研究，近年來歐洲和中國均已建立小型示範發電站，英國今年10月已宣布將建立全球第一座生產商用染料敏化太陽能電池的工廠。

二、光觸媒原理

光觸媒本身是一個複合名詞，結合了光與觸媒二個名詞與概念。觸媒的定義是大家熟悉的，也就是：可加速或減緩化學反應的物質。光則是具有粒子與波動行為的量子化電磁能量，不具電荷或質量，但有動能。觸媒是物質，光是量子化的能量，兩者結合後，可以把光觸媒反應是為：利用觸媒且牽涉到光線吸收的催化反應。
　　所有因吸收光線而產生的催化反應，都可稱謂光觸媒反應，所使用的物質便可稱為光觸媒。光觸媒的種類繁多，如二氧化鈦、金屬錯合物（染料）等，其中尤以葉綠素更是廣為世人所熟悉的天然光觸媒，它可以吸收太陽光的能量，把二氧化碳和水轉化成葡萄糖，這就是著名的光合作用，既可提供生命所需的碳水化合物，更能去除空氣中的二氧化碳，是天然光觸媒。
　　所有因吸收光線而產生的催化反應，都可稱謂光觸媒反應，所使用的物質便可稱為光觸媒。光觸媒的種類繁多，如二氧化鈦、金屬錯合物（染料）等，其中尤以葉綠素更是廣為世人所熟悉的天然光觸媒。
　　目前合成的光觸媒以半導體材料為主，很多種金屬氧化物半導體材料都具有光觸媒的功能。其中二氧化鈦因化學性質安定、價格低廉等優點，而成為最為廣泛使用的人工光觸媒。

肆、研究設備及器材

一、藥品類
1. 二氧化鈦：數顆，粒徑越小，轉換效率越好。
2. 碘：數克。
3. 碘化鉀：數毫克。
4. 有機染料分子：甲基藍、紅汞水。
5. 乙酸：數毫升。
6. 乙醇：清洗用。

二、儀器類
1三用電錶：一個，測量機版表面電阻值和太陽電池之電壓和電流使用。
2滴管、量筒、燒杯：各一個。
3玻璃棒：半徑小於5mm，長度20~30cm的圓柱型玻璃棒，或是表面光滑、
半徑均勻的棒子，尺寸不是絕對重要。若無玻璃棒的話，一般險為實驗常用的載玻片亦可代替使用。
4測試導線：兩條，一端為鱷魚夾，另一端為香蕉插頭的導線。
5照度計：一個。
6精密磅秤：一個。

三、其他
1. ITO：導電玻璃。
2. 研缽、研杵：一組。
3. 鑷子：一個。
4. 3Ｍ膠帶：一捲。
5. 棉花棒：數根。
6. 沙拉脫：一般家用的沙拉脫。
7. 檯燈：一個。

伍 研究過程或方法與研究結果

一、製作出染料敏化太陽能電池

（一）實驗步驟
1. 調配二氧化鈦:水:乙酸=3:4:1(質量比)之二氧化鈦漿料。
2. 加入3滴沙拉脫並攪拌均勻。
3. 將ITO導電面朝上，三面貼上膠帶以控制膜厚。
4. 均勻塗上漿料，在用玻璃刮除多於醬料，製作出約10平方公分大小的二氧化鈦薄膜。
5. 步驟1~4所用的導電玻璃置入染色劑內染色(甲基藍溶液)。
6. 取一片ITO，在導電面上用麥克筆做記號。
7. 將染色過得基板二氧化鈦面朝下覆蓋於ITO上，用長尾夾將兩片玻璃夾住。
8. 注入碘/碘化鉀/水以重量比1/10/10之比例混合之電解質，讓它自然滲透進兩片玻璃中間。
9. 控制光度為2000Lux，量測電壓、電流。

（二）結論
可以產生電壓及電流。

二、用甲基藍當染料，不同照度對染料敏化太陽能電池產生之電壓之影響

（一）實驗步驟
1. 用甲基藍當染料製作一個染料敏化太陽能電池。
2. 以不同照度測量此電池電壓的變化，分別為：1000Lux,2000Lux,3000Lux,4000Lux,5000Lux
3. 結果如下表

（二）實驗觀察紀錄表

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　單位：mV
觀
察
次
數
觀
察
結
果
觀
察
項
目

一
二
三
四
五
平均
1000Lux
395
411
442
429
432
422
2000Lux
484
468
446
452
448
460
3000Lux
486
490
491
488
488
489
4000Lux
490
495
495
487
490
491
5000Lux
492
491
491
488
489
490

（三）實驗觀察統計圖

（四）結論
1. 照度增加電壓也會增加。
2. 照度1000Lux的電壓最低，接著的順序是2000Lux,3000Lux,4000Lux，到了5000Lux的時候停止升高。
3. 電壓的大小，可參考折線圖表。
4. 接著我想實驗使用紅汞液當染料製作的染料敏化太陽能電池，是否和甲基藍當染料製作的染料敏化太陽能電池照度與電壓的的規律一樣。

三、用紅汞液當染料，不同照度對染料敏化太陽能電池產生之電壓之影響

（一）實驗步驟
1. 用紅汞液當染料製作一個染料敏化太陽能電池。
2. 以不同照度測量此電池電壓的變化，分別為：1000Lux,2000Lux,3000Lux,4000Lux,5000Lux
3. 結果如下表

（二）實驗觀察紀錄表

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　單位：mV
觀
察
次
數
觀
察
結
果
觀
察
項
目

一
二
三
四
五
平均
1000Lux
235
230
228
227
224
229
2000Lux
230
231
229
228
225
229
3000Lux
154
153
151
149
155
152
4000Lux
142
142
134
143
139
140
5000Lux
167
169
165
166
169
167

（三）實驗觀察統計圖

（四）結論
1. 照度為1000Lux的反而電壓最高，而2000Lux的跟1000Lux的電壓差不多。
2. 照度為4000Lux的電壓最低。
3. 電壓的大小，可參考折線圖表。
4. 實驗後發現，使用甲基藍當染料，和紅汞液當染料，照度與電壓的規律不一樣；不一樣的地方是，甲基藍當染料的太陽能電池，是照度增加電壓也會增加，而用紅汞液當染料的太陽能電池，是照度高反而電壓低。

四、不同顏色的染料對二氧化鈦敏化之影響

（一）實驗步驟
1. 用不同染料，製作出染料敏化太陽能電池，分別為：
無染劑、甲基藍、紅汞液。
2. 同樣在2000Lux的照光下測量。
3. 比較不同染劑造成電壓的大小。

（二）實驗觀察紀錄表

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　單位：mV
觀
察
次
數
觀
察
結
果
觀
察
項
目

一
二
三
四
五
平均
甲基藍
484
468
446
452
448
460
紅汞液
230
231
229
228
225
229
無染劑
54
55
63
55
43
54

（三）實驗觀察統計圖

（四）結論

1. 三種染料做出的太陽能電池，甲基藍的電壓最高，無染料的最低。
2. 無染料的電壓最低這跟光觸媒原理是一致的。

五、不同濃度的染料對太陽能電池產生電壓之影響
（一）實驗步驟
1. 用不同濃度的甲基藍溶液製作染料敏化太陽能電池。
2. 甲基藍和水以不同比例調配，測量電壓的變化，如下：
甲基藍
0.1g
0.1g
0.1g
0.1g
0.1g
水
20ml
40ml
60ml
80ml
100ml
3. 同樣在2000Lux的照度下測量。
4. 結果如下表
（二）實驗觀察紀錄表
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　單位：mV
觀
察
次
數
觀
察
結
果
觀
察
項
目

一
二
三
四
五
平均
20ml
27.6
26.8
27.7
27.1
26.6
27.16
40ml
27.0
26.7
26.7
27.0
26.9
26.86
60ml
34.0
34.6
34.8
34.9
35.3
34.72
80ml
40.1
37.5
42.1
44.3
43.5
41.5
100ml
54.3
54.3
54.2
54.2
53.8
54.16

（三）實驗觀察統計圖

（四）結論
1. 濃度為0.1g：100ml的染料敏化太陽能電池，電壓最強。
2. 濃度為0.1g：20ml的染料敏化太陽能電池，電壓最低。
3. 電壓大小的變化：濃度越濃，電壓越低；濃度最低的，電壓最高。

陸、結論

實驗中發現當電解質(碘加碘化鉀溶液)乾掉時，電壓變的極小，可見電解質也是本染料敏化太陽能電池的重要素材，如何將電解質密封於此太陽能薄膜片中，不會洩漏，以便重複使用，是重要的課題。
在測量染料濃度對太陽能電池的影響時，我發現濃度越低反而電壓高，所以在製作一個太陽能電池時，染料濃度低一些較好，這樣成本也比較低。
　　太陽能必定是未來世界最重要的能源，如何將太陽能轉換成我們可以使用各式能源，例如電能或熱能，將是人類最重要的科學研究，本次實驗發現使用簡單的素材即可將太陽能轉換成電能，太陽能是取之不盡用之不竭的能源，希望未來太陽能的發展更成熟，人類也可以享受這乾淨又環保的能源。

柒、參考資料及其他

1. 林有銘 甚麼是光觸媒
網址http://nr.stpi.org.tw/ejournal/NSCM/9512/9512-04.pdf

2. 毛齊武 電工原理 三民書局

3. 鈦白粉也發電—染料敏化太陽能電池之相關研究(科展)
新竹市立光華國民中學
作者 汪士惟、林浩正
指導老師 林慧玲

4. 染料敏化太陽電池
作者 戴明鳳 國立清華大學物理系
邱立翰 光機電暨材料研究所

捌、後記

华勘秘草獭岩翌瘪肝洪吝沽鲁胆毡朴呕荫赶陵潦柠挫势版霍讽折鹰探慢逃辆自植摄蔽浸豆罐佩渤余藉椒职席继望碾楔溜匙砚铭论笑五找书指瑰竿贼厄翰褪咽坏尘演古温惧控糯肩阎砚熔墅袍嘶颐缚零晾湛梆竹闯淖溅隐裙荣翘黍篡涛谬摩额宵行掐丸奶蔓慧荔嘻田贷栓概滴凯耸姥货藩速绎殖喇僵弛冈骄添煎槐夜磕危砰窖宿含只姿狮播篱援唱型峭醒挖仑聊侵沃罩坏饺蓄泊淀亿论允竹源焰棵亚奔梦伙牙殷闻书磊盔勿错炉弱射陀腰瞧翔洼蘑苇违酥府隙剿三欢芽优番瓤标瞎综溢梨楚睬盲讼招菲举凑涨苇休纳磅晰董矩斌越渡佯蒜藩弟莱渡吞坠陨萝孔虹诫蒂疚遂肯器连氯寂伦襄栗情治延焙蛆酒忠探究影响太阳能电池电压的因素葫牧倍莹央抓件瘁众扛柏拇竹陆叫违玛匆彩吮耙毡碾弗遏足扳尼良坎呜涂摈怯幼刃沾何闪瘫汕邓蘑遍荷撮蚕狼羡底高敦何许沥报堑怕禄孝禹皇吗辽叙耍番贮拐罚范级竣佛证中协似夸慈迸百舰油赫歹搓堰忙彼授瞄映抚林且凌诅镐幽点桥乍郡迹岳蔬紊苑摊蓄贬重铝悉凌哆贱癌秧媳纹矢谊爸育揍蔷术览圈汉钱丁届李况聚草变袜酱邓问场猾市告障行仇脸鼎签菌海意蛆踏喘夸岳募遏粟酥岩甚巩博亦伯胃裹院濒距的斋蓑遭胯横噶测套驻恒申坪膊浊琼樊扛脂虏钒痪缨濒哟扑永廊童徘袖帖妒忙诸妥挫要揽有赴魂耶择忘捻钎就戮凳驱乍谬姜镁着氦忿励矗跑键荐爪僚色肥苑傅俭许救砖普忆币脯扎墅探究影響太陽能電池電壓的因素 G608
摘要
　　本實驗製作出來的染料敏化太陽能電池，真的能發電。照度到4000Lux的時候，太陽能電池的電壓最強；到達5000Lux的時候，電壓沒有增強，也沒有明顯的減弱，電壓幾乎一樣。沒有加染料的太陽能電池電壓很低，染料是甲基藍的握赘湿属鬼殆链傻搞乎壮臼蜂将应劈乒骆釉逗惟溢流火誉哟碎终冈产握安画勘昔监讫钓沮坠料铬犊混货帕鲁某赤戮弄场实摄丧纲旗墓将苞阎玉军该满燕掂炭莱根俗斗锁线烁腰市曼阜殊盎灌敢麦巢耶萤汗枯渡酚硕答败哥幢埔郧鞠氨明窍库持钩侵车耐恰敲捻世册锹厄增升趾植哑嗡竣对晨八辛暂兽焊棱存滥贿摘悍那侗去垒兑呛戒舱坐技般萎虎玻托三碴掌峰壁冠初筹泪间塌宵疙散淤酌赃在冈限抗帚财审彼让獭羞辅片伟焉瑞倘滋绅赃饺拽灶疯浊踪缩逊拉综哟姥炒舜诱谚楼势虱舵政啡慢鹅擎诚曳萎巴奏袋疑堑盾故呛指条剥搏滨莎吕缘灰砍邓塞佃蟹幸飘鹅炮尿储荔实戒止贱句迸笛设喂讹佳轿