Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)
Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)
Development of low-cost photoelectrochemical solar cell modules
Year (A.D.)
2017
Document Type
Thesis
First Advisor
ณัฏฐพล ภู่ตระกูลโชติ
Faculty/College
Faculty of Science (คณะวิทยาศาสตร์)
Department (if any)
Department of Chemical Technology (ภาควิชาเคมีเทคนิค)
Degree Name
วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต
Degree Level
ปริญญาโท
Degree Discipline
เคมีเทคนิค
DOI
10.58837/CHULA.THE.2017.575
Abstract
งานวิจัยนี้มุ่งหวังพัฒนาต้นแบบมอดูลเซลล์สุริยะชนิดสีย้อมไวแสง (DSSC) ขนาดใหญ่ โดยคำนึงถึงปัจจัยที่มีผลต่อการขยายส่วนการผลิตมอดูล ประสิทธิภาพการเปลี่ยนรูปพลังงาน ต้นทุนในการผลิต และเสถียรภาพของมอดูล ส่วนแรกสังเคราะห์สารประกอบนิกเกิลเซเลไนด์ (Ni0.85Se) ด้วยเทคนิคไฮโดรเทอร์มอลเพื่อเตรียมเป็นขั้วไฟฟ้าร่วมทดแทนการใช้โลหะแพลททินัมที่มีราคาแพง ส่วนที่สองสังเคราะห์เจลพอลิเมอร์อิเล็กโทรไลต์ (GPE) โดยผสมสารอะเซตาไมด์เข้ากับโพลิเอททิลีนออกไซด์ โซเดียมไอโอไดด์ และไอโอดีน เพื่อทดแทนการใช้อิเล็กโทรไลต์เหลว ผลการทดสอบสมรรถนะของเซลล์ทดสอบขนาดพื้นที่รับแสง 0.25 cm2 พบว่าเซลล์ทดสอบ DSSC ที่ใช้ Ni0.85Se เป็นขั้วไฟฟ้าร่วม และเซลล์ทดสอบ DSSC ที่ใช้ GPE ผสมสารอะเซตาไมด์ร้อยละ 8 โดยนํ้าหนัก ให้ประสิทธิภาพการเปลี่ยนรูปพลังงานแสงเป็นกระแสไฟฟ้า (PCE) = 2.6% และ 2.7 % ตามลำดับ ใกล้เคียงกับผลของเซลล์ควบคุมที่ใช้ขั้วไฟฟ้าร่วมโลหะแพลททินัมและอิเล็กโทรไลต์เหลว (PCE = 3.0%) อย่างไรก็ตามเซลล์ทดสอบ DSSC ที่ใช้ทั้งขั้วไฟฟ้าร่วม Ni0.85Se และ GPE ในเซลล์เดียวกัน ให้ค่า PCE = 2.2% จากผลการทดลองระดับห้องปฏิบัติการนำไปสู่การพัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีพื้นที่รับแสงขนาดใหญ่ขึ้น ผลการทดสอบสมรรถนะของเซลล์ทดสอบขนาดพื้นที่รับแสง 2.25 cm2 พบว่าเซลล์ควบคุมและเซลล์ทดสอบที่ใช้ทั้งขั้วไฟฟ้าร่วม Ni0.85Se และ GPE ในเซลล์เดียวกัน ให้ค่า PCE = 2.8% และ 1.4% ตามลาดับ สรุปได้ว่าเมื่อขยายขนาดพื้นที่รับแสง สมรรถนะของเซลล์ทดสอบ DSSC ที่ใช้ทั้งขั้วไฟฟ้าร่วม Ni0.85Se และ GPE ในเซลล์เดียวกัน ลดตํ่าลงจากเซลล์ควบคุมอย่างมีนัยสำคัญ ผลการวิเคราะห์พบว่าความต้านทานอนุกรมในเซลล์เพิ่มขึ้นตามขนาดของพื้นที่รับแสง เบื้องต้นแก้ไขด้วยการปรับปรุงสภาพการนำไฟฟ้าโดยเพิ่มเส้นทางถ่ายโอนอิเล็กตรอนบนหน้าสัมผัสของขั้วไฟฟ้าทั้งสองด้านของเซลล์ทดสอบ ผลที่ได้จะนำไปประยุกต์ในเซลล์ทดสอบที่มีพื้นที่รับแสงขนาดใหญ่ขึ้นต่อไป
คำสำคัญ : เซลล์สุริยะชนิดสียอมไวแสง, เจลพอลิเมอร์อิเล็กโทรไลต์, ขั้วไฟฟ้าร่วมนิเกิลเซเลไนด์
Other Abstract (Other language abstract of ETD)
This research aims to develop the large area dye-sensitized solar cell (DSSC) modules considering parameters affecting DSSC scale-up process, photoconversion efficiency and the manufacturing cost. The first part involved synthesis of Nickel Selenide compound (Ni0.85Se) using hydrothermal method to replace the costly Platinum counter electrode (CE). The second part was the preparation of gel polymer electrolyte (GPE) by mixing acetamide with poly(ethylene oxide), sodium iodide and iodine to replace the typical liquid electrolyte in DSSC. The performance test results of lab-scale DSSCs having irradiation area of 0.25 cm2 showed that the DSSC test devices based on Ni0.85Se CE and based on GPE with 8% by weight of acetamide yield photoconversion efficiency (PCE) of 2.6% and 2.7%, respectively. The values are acceptable in comparison with that of controlled test device employing Pt CE and liquid electrolyte (PCE = 3.0%). However, the DSSC incorporating Ni0.85Se CE and GPE in the same device yields PCE = 2.2%. The devices were then scaled up nine times larger so that the irradiation area became 2.25 cm2. The performance test results of controlled DSSCs embedding Pt CE / liquid electrolyte and DSSCs based on Ni0.85Se CE / GPE showed PCE = 2.8% and 1.4%, respectively. Further analysis revealed that the series resistance of solar cell increases with an increasing area of illumination, causing a significantly lower PCE value in Ni0.85Se CE/GPE-based DSSCs compared to that of the controlled device. Preliminary countermeasure includes enhancing the electrical conductivity by adding conductive pathways on the surface of both cell electrodes. The results provide base knowledge for further scaling up DSSC devices having larger area of illumination.
Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-No Derivative Works 4.0 International License.
Recommended Citation
เก้าเอี้ยน, วีระยุทธ์, "การพัฒนามอดูลเซลล์สุริยะเคมีไฟฟ้าเชิงแสงต้นทุนตํ่า" (2017). Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD). 1065.
https://digital.car.chula.ac.th/chulaetd/1065