Optimization of technological steps in the construction of a dye sensitized solar cell photoanode

Ogniwa barwnikowe (DSSC) są obiecującą ścieżką badań w dziedzinie fotowoltaiki, która dzięki zaletom urządzenia oraz ogromnemu zainteresowaniu ze strony naukowców pozwoliła na szybkie wyjście technologii ze sfery laboratorium społeczności akademickiej do wykorzystania komercyjnego w przemyśle. W niniejszej pracy podjęto tematykę urządzeń DSSC skupiając główną uwagę na analizie procesu wytwarzania fotoanody w szczególności sensybilizacji warstwy półprzewodnika poprzez wybarwianie elektroforetyczne. Poruszone zostają zagadnienia dotyczące m.in budowy ogniwa barwnikowego, podstawowych procesów fizyko-chemicznych jakie w nim zachodzą oraz problemów inżynieryjnych. Część praktyczna opierała się na konstrukcji serii fotoanod oraz ogniw barwnikowych, które zostały poddane badaniom metodami: mikroskopii optycznej, profilometrii stykowej, spektroskopii UV-VIS, a następnie scharakteryzowane pod kątem wydajności oraz dynamiki transportu ładunku przez fotoanodę wykorzystując następujące metody: pomiary charakterystyki I-V, pomiary wydajności kwantowej (EQE) oraz pomiary spektroskopii fotonapięcia i fotoprądu z modulacją natężenia światła (IMVS/IMPS). Uzyskane wyniki pokazują, że zastosowanie wybarwiania elektroforetycznego pozwala na skrócenie czasu uczulania warstwy TiO2. Ogniwa wybarwiane tą metodą przez 5 minut mają nieznacznie gorsze parametry niż ogniwa wybarwiane tradycyjnie przez 24 godziny i znacznie wyższe niż te barwione przez podobny czas.

Dye sensitized solar cells are a promising path of research in the field of photovoltaics, which thanks to the advantages of the device and the great interest from scientists, allowed the technology to quickly leave the laboratory sphere of the academic community for commercial use in industry. This thesis has been undertaken the topics of DSSC devices focusing the main attention on optimizing the photoanode manufacturing process in terms of the semiconductor layer sensitization process using electrophoretic sensitization. Among others issues related to the structure of the DSSC, basic physico-chemical processes that take place in it and engineering problems are discussed. The practical part was based on the construction of a series of photoanodes and DSSC’s, which have been examined by optical microscopy, contact profilometry, UV-VIS spectroscopy, and then characterized in terms of efficiency and dynamics of charge transport through the photoanode using I-V, EQE and IMPS/IMVS methods. Here we show, that application of electrophoretic method can significantly reduce the time of sensitibilization of TiO2 structure.