Fabrication of Nanotubes TiO2 Thin Film via Anodization Process for Dye Sensitized Solar Cell

Abstract

This research, TiO2 nanotubes were fabricated by anodization method. Controlled diameter and length of TiO2 nanotube by parameters including ammonium fluoride (NH4F) at 0.4-1.4 wt% and power voltage at 20-40 V. The results showed that XRD pattern exhibited anatase phase when annealed at 400oC for 3 h. The XPS results revealed TiO2 nanotube of Ti, O, F and C composed elements. The FT-IR spectrum exhibited the characteristic bands of the TiO2 which indicate Ti-O stretching mode. The SEM results depend on ammonium fluoride and power voltage. Optimal condition of TiO2 nanotubes are 1.2 wt%NH4F and power voltage at 30V which conversion efficiency of these optimal condition are 0.40%. In addition, the conversion efficiency for dye sensitized solar cell with varied optimal concentration of carminic acid dye at 0.10 - 0.50 mM and Fe-tannic acid complex at 0.002-0.010 M were investigated. Highest conversion efficiency of carminic acid dye at 0.50 mM are 0.40%. Highest conversion efficiency of Fe-tannic acid complex at 0.50 mM are 0.32%.

งานวิจัยนี้ศึกษาสภาวะการเตรียมท่อนาโนไทเทเนียมไดออกไซด์ด้วยกระบวนการแอโนไดเซชันซึ่งสามารถควบคุมขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางและความยาวของท่อได้ด้วย ความเข้มข้นของแอมโมเนียมฟลูออไรด์ร้อยละ 0.4 - 1.4 โดยมวล และ ความต่างศักย์ 20 – 50 โวลต์ จากผลการวิเคราะห์ด้วเทคนิคการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์พบว่าการเผาฟิล์มด้วยอุณหภูมิ 400 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 3 ชั่วโมง ทำให้เกิดผลึกอะนาเทส ผลจากเทคนิคสเปคโตรสโคปีของอนุภาคอิเล็กตรอนที่ถูกปลดปล่อยด้วยรังสีเอกซ์พบว่าฟิล์มประกอบด้วยธาตุไทเทเนียม ออกซิเจน ฟลูออรีน และคาร์บอน เมื่อนำมาตรวจสอบหมู่ฟังก์ชันด้วยเทคนิคฟูเรียร์ทรานสฟอร์มอินฟราเรดสเปคโตรเมทรี แสดงแถบการยืดของพันธะระหว่างไทเทเนียมกับออกซิเจน ผลของภาพถ่ายจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด พบว่าไทเทเนียมไดออกไซด์ที่เกิดขึ้นมีลักษณะเป็นท่อนาโนที่มีขนาด เส้นผ่านศ์กลาง 50 นาโนเมตร และความยาว 758 นาโนเมตร ดังนั้นกระบวนการแอโนไดเซชันสามารถเตรียมฟิล์มบางท่อนาโนไทเทเนียมไดออกไซด์ได้ จากการศึกษาประสิทธิภาพเซลล์แสงอาทิตย์แบบสีย้อมไวแสงแต่ละสภาวะพบว่าที่สภาวะความเข้มข้นแอมโมเนียมฟลูออไรด์ร้อยละ 1.2 โดยมวล และความต่างศักย์ 30 โวลต์ เป็นสภาวะที่มีค่าประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์แบบสีย้อมไวแสงที่ใช้สีย้อม N719 มากที่สุด เท่ากับร้อยละ 0.40 จึงนำสภาวะนี้มาศึกษาผลของ ความเข้มข้นสีย้อมกรดคาร์มินิกและสารประกอบเชิงซ้อน Fe-tannic acid ที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์แบบสีย้อมไวแสง โดยศึกษาสีย้อมกรดคาร์มินิกศึกษาที่ความเข้มข้น 0.50 0.25 และ 0.10 มิลลิโมลาร์ พบว่าความเข้มข้นของสีย้อมกรดคาร์มินิก 0.50 มิลลิโมลาร์ มีค่าประสิทธิภาพเซลล์แสงอาทิตย์แบบสีย้อมไวแสงมากที่สุดคือร้อยละ 0.40 ในการศึกษาความเข้มข้นของสารประกอบเชิงซ้อน Fe-tannic acid ที่ความเข้มข้น 0.10 0.005 และ 0.002 โมลาร์พบว่าความเข้มข้นของสารประกอบเชิงซ้อน Fe-tannic acid 0.002 โมลาร์ มีค่าประสิทธิภาพเซลล์แสงอาทิตย์แบบสีย้อมไวแสงมากที่สุดคือร้อยละ 0.32