Kết luận và kiến nghị về độ bền hoạt động của pin mặt trời tinh thể Nano oxit tẩm chất nhạy quang

Luận Văn Thạc Sĩ Chuyên Ngành Hóa Lý
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1. Đã chế tạo được các pin mặt trời trên cơ sở TiO
2
tinh thể nano tẩm các chất nhạy
quang N719, D520, đen với thành phần dung dịch điện ly gồm I
2
0,05 M + LiI
0,1 M + 1-propyl-3-methylimidazolium iodide (PMII) 0,6 M + Guanidine
thiocyanate (GNCS) 0,1 M, có chứa và không chứa phụ gia 4-tert-butylpyridine
(4-TBP) 0,5 M.

2. Các pin tốt nhất có thông số hoạt động như sau:
 η = 5,3 %; I
sc
= 5,97 mA; V
OC
= 700 mV; ff = 0,49 (pin 2N-0.5)
 η = 4,5 %; I
sc
= 5,48 mA; V
OC
= 664 mV; ff = 0,48 (pin 1D-0.5)
(diện tích anốt 1,54 cm
2
)

3. Độ bền hoạt động của pin giảm dần khi phơi nhiệt trong tối ở 85

0
C, sau 600 giờ
phơi hiệu suất của các pin chỉ còn lại 1- 2%. Chỉ pin sử dụng dye D520, dung
dịch điện ly không chứa 4-TBP có tính bền nhiệt hơn, hiệu suất chuyển đổi
quang năng ổn định ở 2,5 - 3% trong suốt 780 giờ phơi.

4. Phụ gia 4-TBP tăng cường khả năng hoạt động của các pin bằng cách hạn chế
dòng tối. Tuy nhiên lại làm giảm độ bền nhiệt của các pin dye D520 và không
cải thiện được độ bền nhiệt của các pin dye đen. Kết quả phân tích phổ tổng trở
cho thấy có khả năng 4-TBP ảnh hưởng không tốt đến khả năng khuếch tán của
ion trong dung dịch điện ly.

5. Khi thời gian phơi nhiệt tăng, các quá trình chuyển điện tử và ion trong pin biến
đổi như sau:
 Phản ứng catốt xảy ra khó khăn hơn. Có thể khả năng xúc tác của Pt bị
giảm xuống do sự bong tróc của Pt hay do sự hấp phụ các chất từ dung
dịch điện ly lên Pt.
Mai Thị Hải Hà 113


Luận Văn Thạc Sĩ Chuyên Ngành Hóa Lý
 Khuếch tán của ion I
3
-
trong dung dịch điện ly xảy ra khó khăn hơn. Nồng
độ iot trong dung dịch có thể giảm do bay hơi hay do sự tạo thành hợp
chất phức giữa I
2
với phụ gia 4-TBP.
 Tính chất của giao diện TiO

2
/dung dịch điện ly bị biến đổi theo hướng
làm tăng sự tái kết hợp và làm chậm sự chuyển vận điện tử trong màng
TiO
2
. Thời gian phơi nhiệt kéo dài có thể làm lỏng lẻo cấu trúc lớp màng
oxit, hay các sản phẩm phụ như H
+
bị hấp thụ xen kẽ vào mạng lưới TiO
2

tạo nên các bẫy năng lượng trong vùng cấm. Các bẫy năng lượng này
làm chậm sự khuếch tán của điện tử trong màng TiO
2
tạo điều kiện thuận
lợi cho sự tái kết hợp.
Các biến đổi này làm sáng tỏ nguyên nhân độ bền hoạt động kém của các pin khi bị
phơi nhiệt.

6. Sự thế 4-TBP thay cho phối tử (NCS) của dye xảy ra với mức độ đáng kể, nhất
là với dye đen và N719. Sự có mặt của sản phẩm thế này với cực đại hấp thụ
dịch chuyển trung bình 25 nm về về phía sóng xanh so với dye có thể ảnh hưởng
đến hiệu suất hấp thụ photon ánh sáng, hay ảnh hưởng đến hiệu suất tiêm điện tử
từ dye vào TiO
2
, nhưng không phải là nguyên nhân quan trọng gây suy thoái
pin.

7. Phép đo phổ tổng trở và phép phân tích sản phẩm hấp phụ trên TiO
2

bằng
HPLC/MS đã cho phép tìm hiểu sâu hơn về các biến đổi xảy ra trong pin DSC
khi bị phơi nhiệt.

8. Một số đề xuất:
 Nghiên cứu cải thiện khả năng trao đổi điện tử của catốt và tối ưu tính
chất lớp oxit dẫn TiO
2
để nâng cao hiệu suất pin.
 Kiểm soát qui trình chế tạo pin để tạo ra các pin có hiệu suất cao và ổn
định thay vì đi tìm vật liệu mới thay thế.
Mai Thị Hải Hà 114


Luận Văn Thạc Sĩ Chuyên Ngành Hóa Lý
 Các chất đồng hấp phụ với dye (xem mục 1.3.5.2) như 4-TBP được cho
hấp phụ trước hoặc sau khi hấp phụ dye, không nên sử dụng trong dung
dịch điện ly của các pin dye D520 vì 4-TBP ảnh hưởng không tốt đến độ
bền hoạt động của pin dùng dye D520.
 Các pin sử dụng dye đen không cho hiệu suất cao như trong nghiên cứu
của các tác giả khác. Dye đen sử dụng trong đề tài này rất nhạy cảm với
yếu tố nhiệt độ so với các dye N719 và D520. Cần tìm hiểu thêm về tính
chất điện hóa của dye đen.

Mai Thị Hải Hà 115