การปรับปรุงพื้นผิวของเหลวหนืดไทเทเนียมไดออกไซด์ที่เจือด้วยเกลือแอมโมเนียมสำหรับการประยุกต์ใช้เป็นเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดสีย้อมไวแสง - Lekphet, Woranan; Boonniyom, Suchada; Fueangfung, Suntara; Sayan, Pornyuth (วารสารหน่วยวิจัยวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี และสิ่งแวดล้อมเพื่อการเรียนรู้ (Journal of Research Unit on Science, Technology and Environment for Learning), 2020)
Surface Modification of Ammonium Salts–Doped TiO2 Pastes for Dye–Sensitized Solar Cell Applications Woranan Lekphet, Suchada Boonniyom, Suntara Fueangfung and Pornyuth Sayan รับบทความ: 11 พฤษภาคม 2563; แก้ไขบทความ: 2 กรกฎาคม 2563; ยอมรับตีพิมพ์: 24 กรกฎาคม 2563 บทคัดย่อ การปรับปรุงพื้นผิวขั้วไฟฟ้าแอโนดของไทเทเนียมไดออกไซด์ (TiO2) มีบทบาทสำคัญในเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดสีย้อมไวแสง (DSSCs) และส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงานของเซลล์ ในงานวิจัยนี้ของเหลวหนืดไทเทเนียมไดออกไซด์อนุภาคนาโนที่สังเคราะห์ด้วยวิธีไฮโดรเทอร์มอลใช้เป็นขั้วไฟฟ้าแอโนดที่เจือด้วยเกลือแอมโมเนียมชนิดต่าง ๆ ได้แก่ แอมโมเนียมแอซีเทต (AA) แอมโมเนียมไบคาร์บอเนต (AB) และแอมโมเนียมคาร์บอเนต (AC) ภายใต้ปริมาณที่แตกต่างกัน ของเหลวหนืดไทเทเนียมไดออกไซด์จะถูกเคลือบลงบนพื้นผิวของกระจกที่นำไฟฟ้าได้ โดยวิธีการเคลือบด้วยมือและเผาที่ 500oC เป็นเวลา 35 นาที โครงสร้างผลึก ลักษณะทางสัณฐานวิทยา และความสามารถในการดูดซับของสีย้อมไวแสงบนพื้นผิวไทเทเนียมไดออกไซด์ตรวจสอบโดยใช้เทคนิคการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ (XRD) กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) และการวัดค่าการดูดกลืนแสง (UV–Vis) ตามลำดับ การใช้ประโยชน์จากเซลล์ทั้งสามชนิด AA–TiO2 AB–TiO2 และ AC–TiO2 ที่มีเกลือแอมโม-เนียม 7%wt ใช้เป็นชั้นทำงานของขั้วไฟฟ้าแอโนดสำหรับ DSSCs ในบรรดาเซลล์เหล่านี้ขั้ว ไฟฟ้า 7%wt AC–TiO2 แสดงประสิทธิภาพการแปลงพลังงานสูงสุดที่ 9.30% ซึ่งดีกว่าเซลล์ที่ประดิษฐ์ได้โดยไม่ได้ดัดแปลงด้วยเกลือแอมโมเนียม (a–TiO2, 6.85%) ที่ความหนาของฟิล์มเดียวกัน (~9 mm) การเพิ่มขึ้นของการดูดซับสีย้อมที่ผ่านการเจือด้วยเกลือแอมโมเนียมเป็นผลมาจากขั้วไฟฟ้าแอโนดมีพื้นผิวจำเพาะสูง (7%wt AC-TiO2, 102.69 m2/g) และมีรูพรุนกระจายสม่ำเสมอ การปรับปรุงนี้นำไปสู่การเก็บเกี่ยวแสงและประสิทธิภาพของเซลล์ที่ยอดเยี่ยม คำสำคัญ: เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดสีย้อมไวแสง ไทเทเนียมไดออกไซด์ เกลือแอมโมเนียม การปรับปรุงพื้นผิว Abstract Surface modification of TiO2 photoanode currently has an important role in the dye–sensitized solar cells (DSSCs) and affects its performance. In this research, titanium dioxide nano–pastes (TiO2 nano–pastes) were synthesized by hydrothermal method as photoanode with different doping amounts of ammonium salts such as ammonium acetate (AA), ammonium bicarbonate (AB), and ammonium carbonate (AC). The TiO2 nano–pastes were coated onto the conductive glass substrate by the Doctor Blade method and then annealed at 500oC for 35 min. The crystal structure, morphology, and dye loading capability of the TiO2 surface were studied by X–ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and UV–Vis spectrophotometry (UV–Vis), respectively. AA–TiO2, AB–TiO2, and AC–TiO2 cells with 7%wt of ammonium salts were employed as working layers for photoelectrodes in DSSCs. Among them, the 7%wt AC–TiO2 photoanode based DSSC exhibited the highest power conversion efficiency of 9.30%, which was also better than that fabricated without an ammonium salts modification (a–TiO2, 6.85%) at the same film thickness of ∼9 mm. Further increasing of the dye adsorption through ammonium salts doped-TiO2 as a result of the photoanode has the highest specific surface area (7%wt AC–TiO2, 102.69 m2/g) and porous evenly distributed on the film. This improvement leads to enhanced light–harvesting and excellent efficiency. Keywords: Dye–sensitized solar cells, Titanium dioxide, Ammonium salts, Surface modification