Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

การผลิตไฮโดรเจนโดยใช้อุปกรณ์แทนเด็มของเซลล์เคมีไฟฟ้าเชิงแสง/เซลล์สุริยะชนิดสีย้อมไวแสง

Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)

Hydrogen production by photoelectrochemical cell/dye sensitized solar cell tandem device

Year (A.D.)

2015

Document Type

Thesis

First Advisor

ณัฏฐพล ภู่ตระกูลโชติ

Faculty/College

Faculty of Science (คณะวิทยาศาสตร์)

Degree Name

วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต

Degree Level

ปริญญาโท

Degree Discipline

เคมีเทคนิค

DOI

10.58837/CHULA.THE.2015.796

Abstract

งานวิจัยนี้ศึกษาการผลิตแก๊สไฮโดรเจนโดยใช้อุปกรณ์แทนเด็มของเซลล์เคมีไฟฟ้าเชิงแสง/เซลล์สุริยะชนิดสีย้อมไวแสง โดยศึกษาความหนาฟิล์มไทเทเนียมไดออกไซด์ที่เหมาะสมกับขั้วไฟฟ้ารับแสงของเซลล์สุริยะชนิดสีย้อมไวแสง พบว่าที่ความหนาฟิล์มไทเทเนียมไดออกไซด์ เท่ากับ 5.7 ไมโครเมตร เมื่อนำมาประกอบเป็นเซลล์สุริยะพบว่ามีร้อยละประสิทธิภาพของเซลล์สุริยะชนิดสีย้อมไวแสงเท่ากับ 4.0 ซึ่งสูงพอที่จะนำมาทำงานร่วมกับเซลล์เคมีไฟฟ้าเชิงแสงในลักษณะแบบแทนเด็ม แล้วทำการเตรียมขั้วไฟฟ้ารับแสงของเซลล์สุริยะแบบแทนเด็มโดยเตรียมไทเทเนียมไดออกไซด์เพสต์ พบว่ามีช่วงการดูดกลืนแสงต่ำกว่า 370 นาโนเมตร มีช่องว่างแถบพลังงานเท่ากับ 3.33 อิเล็กตรอนโวลต์ศึกษาผลของการเจือด้วยอนุภาคควอนตัมดอทแคดเมียมซัลไฟด์พบว่ามีช่วงการดูดกลืนแสงในช่วงระดับพลังงานที่น้อยลง หรือในช่วงความยาวคลื่นที่มากขึ้น ประมาณ 400-500 นาโนเมตร ซึ่งเป็นช่วงที่มีความเข้มของรังสีอาทิตย์ในธรรมชาติสูงขึ้น และพบว่ามีช่องว่างแถบพลังงานแคบลง เท่ากับ 2.34 อิเล็กตรอนโวลต์ เป็นผลให้อิเล็กตรอนสามารถถูกกระตุ้นด้วยแสงที่มีพลังงานต่ำลง จึงมีความเหมาะสมในการนำมาใช้เป็นขั้วไฟฟ้ารับแสงของเซลล์สุริยะแบบแทนเด็ม นำขั้วไฟฟ้ารับแสงของเซลล์สุริยะแบบแทนเด็มประกอบเข้ากับเซลล์สุริยะชนิดสีย้อมไวแสง เปรียบเทียบการฉายแสงตกกระทบด้านขั้วไฟฟ้ารับแสงของเซลล์สุริยะชนิดสีย้อมไวแสง กับขั้วไฟฟ้ารับแสงของเซลล์สุริยะแบบแทนเด็ม พบว่าการฉายแสงตกกระทบด้านขั้วไฟฟ้ารับแสงของเซลล์สุริยะชนิดสีย้อมไวแสง จะให้ร้อยละประสิทธิภาพการเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้าของเซลล์สุริยะชนิดสีย้อมไวแสงที่นำมาเป็นส่วนประกอบในเซลล์สุริยะแบบแทนเด็มที่สูงกว่าจึงเลือกทดสอบแสงด้านนี้ในงานวิจัย ทำการทดสอบสมบัติเชิงไฟฟ้าของขั้วไฟฟ้าของเซลล์สุริยะแบบแทนเด็มกับเซลล์สุริยะชนิดสีย้อมไวแสง วัดภายใต้แสงอาทิตย์จำลองโดยทำการวัดกระแสในสภาวะแสงจ้า พบว่าความหนาแน่นกระแสทำงาน ของเซลล์สุริยะแบบแทนเด็มมีค่าเท่ากับ 3.73 มิลลิแอมแปร์ต่อตารางเซนติเมตร ดังนั้นประสิทธิภาพร้อยละการเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นไฮโดรเจนที่ต่ำที่สุดทางทฤษฎีจึงมีค่าเท่ากับร้อยละ 2.55

Other Abstract (Other language abstract of ETD)

This research aims to improving the solar hydrogen production via the enhancement of the light harvesting efficiency of the photoelectrochemical cell/dye sensitized solar cell tandem device using several strategies. The optimal thickness of the meso-porous crystalline titanium dioxide layer used as photoanode for the dye-sensitized solar cell (DSSC) was obtained to be 5.7 micrometer and the photoconversion efficiency (PCE) of 4.0% was reached. The film of titanium dioxide semiconductor was prepared and successfully used as the anolyte of the tandem cell in corporate with the DSSC. However, the semiconductor band gap of 3.33 eV makes it inappropriate to be used for trapping the sunlight. The cadmium sulfide quantum dot (CdSQD) has been doped to obtain the semiconductor band gap of 2.34 eV to absorb light in the longer wavelength region. The optimized DSSC and the CdSQD-doped titanium film made up the efficient anolyte for the tandem cell which, when the DSSC side was exposed to the light, generates the operating current density (Jop) of 3.73 mA cm-2. The completed photoelectrochemical cell/dye sensitized solar cell tandem device was achieved and the theoretical solar to hydrogen conversion efficiency (STH) of 2.55% was successfully obtained.

Link to Full Text

Share

COinS