[[alternative]]Study on photovoltaic properties of the gel-derived (P/Si)-TiO2 films

碩士[[abstract]]本實驗利用溶膠-凝膠法和/或水熱法來製備TiO2、P-TiO2和 (P/Si)-TiO2膜。實驗過程中，添加磷與矽元素於TiO2結構中並比較不同的製備程序來看其TiO2膜結晶的相態、晶粒尺寸、膜厚、染料吸附量、膜表面形態、可見光穿透率、電化學交流阻抗以及光電轉換效率的影響。以溶膠-凝膠法所製備含磷與矽元素的銳鈦礦TiO2膜在染料(N719)的吸附量上明顯的比市售粉體P25所製備出的膜吸附量還高且所組裝的DSSCs元件呈現較高的光電轉換效率(提高約60%)。結合溶膠-凝膠法和水熱法所製得含磷與矽元素的銳鈦礦TiO2膜其對光敏化染料的吸附能力則更進一步提高，且當膜厚為20 μm左右時所組裝的DSSCs元件具光電轉換效率6.12%，而其所相對應的開環電壓為0.68V、短路電流為13.92 mA/cm2和填充因子為0.65。[[abstract]]The (P/Si)-TiO2 films for DSSCs application were synthesized by the sol-gel method and/or hydrothermal methods. Effects of calcination temperatures on phase contents, grain growth, film thickness, dye loading, surface morphology, visible light transmittance, electrochemical impedance and photoelectric conversion efficiency of the (P/Si)-TiO2 films were examined. Doping P and Si elements in the anatase-TiO2 can improve dye (N719) loading of the TiO2 particles. The photoelectric conversion of DSSCs using the (P/Si)-TiO2 film prepared by the sol-gel method gave better photoelectric conversion than that using a commercial TiO2, Degussa P25, film. By combining the sol-gel and hydrothermal methods, the obtained (P/Si)-TiO2 films absorbed more N719 than that prepared by solely the sol-gel method. The DSSCs using the (P/Si)-TiO2 film of 20-μm thickness prepared by the sol-gel and hydrothermal methods can give a photoelectric conversion of 6.12% with Voc = 0.68V, Jsc = 13.92 mA/cm2 and f.f.= 0.65.[[tableofcontents]]目錄 中文摘要………………………………………………………………....I 英文摘要………………………………………………………………...II 目錄……………………………………………………………………..III 圖目錄…………………………………………………………………...V 表目錄………………………………………………………………...VIII 第一章 緒論……………………………………………………………..1 第二章 文獻回顧………………………………………………………..4 2-1 染料敏化太陽能電池……………………………………………….5 2-2 TiO2結構…………………………………………………………….7 2-3 TiO2膜……………………………………………………………….8 2-4光電轉化效率的提升………………………………………………..9 第三章 實驗步驟與特性分析…………………………………………14 3-1 實驗用藥品………………………………………………………...14 3-2 DSSCs電極層的製備……………………………………………...15 3-3 DSSCs元件之組合………………………………………………...20 3-4 分析儀器…………………………………………………………...21 3-4-1 X-射線繞射分析……………………………………….....22 3-4-2 掃描式電子顯微鏡……………………………………….23 3-4-3 紫外光-可見光光譜儀……………………………………24 3-4-4 電化學交流阻抗光譜儀………………………………….25 3-4-5 太陽光模擬器…………………………………………….25 3-4-6 表面輪廓儀……………………………………………….26 3-5 電轉化效率值之計算………………………………………….......26 第四章 結果與討論……………………………………………………28 4-1 凝膠衍生各式TiO2膜的特性分析………………………………..28 4-2 結合溶膠-凝膠法和水熱法所製備出TiO2膜之特性分析……….36 4-3 sh-P/Si-TiO2-z膜的特性分析……………………………………...43 第五章 結論……………………………………………………………50 參考文獻………………………………………………………………..52 圖目錄 圖1-1 DSSCs電池組裝示意圖…………………………………………2 圖2-1 染料敏化太陽能電池的工作原理示意圖………………………6 圖2-2 染料和TiO2表面形成C-O-Ti鍵示意圖………………………...9 圖3-1 凝膠衍生(a) TiO2, (b) P- TiO2和(c) (P/Si)-TiO2奈米粉體之製備流程圖…………………………………………………………………..18 圖3-2 溶膠-凝膠法: TiO2, P- TiO2和(P/Si)-TiO2膜之製備流程圖…18 圖3-3 結合溶膠-凝膠法和水熱法: (P/Si)-TiO2膜之製備流程圖………………………………………………………………………..19 圖3-4 DSSCs元件組合之示意圖……………………………………..20 圖3-5 X光對晶格所產生之繞射……………………………………...22 圖3-6 太陽光模擬器原理架構示意圖………………………………..25 圖3-7 光電轉化元件之I-V曲線圖……………………………………27 圖4-1-1 P25、s-o-TiO2-3、s-P-TiO2-3和s-P/Si-TiO2-3膜的XRD圖…..29 圖4-1-2 P25、s-o-TiO2-3、s-P-TiO2-3和s-P/Si-TiO2-3膜中TiO2晶粒的尺寸…………………………………………………………………..29 圖4-1-3 (a)P25、(b) s-o-TiO2-3、(c) s-P-TiO2-3和(d) s-P/Si-TiO2-3膜的SEM圖……………………………………………………………….31 圖4-1-4 P25、s-o-TiO2-3、s-P-TiO2-3和s-P/Si-TiO2-3膜在紫外光-可見光下的光穿透圖譜…………………………………………………..32 圖4-1-5 P25、s-o-TiO2-3、s-P-TiO2-3和s-P/Si-TiO2-3的染料吸附量和膜厚圖………………………………………………………………..33 圖4-1-6 P25、s-o-TiO2-3、s-P-TiO2-3和s-P/Si-TiO2-3膜組裝成電池的電化學交流阻抗圖譜………………………………………………..34 圖4-1-7 P25、s-o-TiO2-3、s-P-TiO2-3和s-P/Si-TiO2-3的I-V曲線圖…35 圖4-2-1 不同製備程序(P/Si)-TiO2膜的XRD圖譜…………………...37 圖4-2-2 比較不同製程(P/Si)-TiO2粉體和膜的晶粒尺寸……………38 圖4-2-3 (a) s-P/Si-TiO2-3和(b) sh-P/Si-TiO2-3膜的SEM俯視圖……39 圖4-2-4 s-P/Si-TiO2-3和sh-P/Si-TiO2-3膜的紫外光-可見光穿透圖譜………………………………………………………………………..39 圖4-2-5 為s-P/Si-TiO2-3和sh-P/Si-TiO2-3膜其染料吸附量和膜厚圖………………………………………………………………………..40 圖4-2-6 為s-P/Si-TiO2-3和sh-P/Si-TiO2-3膜的I-V曲線圖………….41 圖4-2-7 比較s-P/Si-TiO2-3和sh-P/Si-TiO2-3膜組裝成電池的電化學交流阻抗圖譜…………………………………………………………..43 圖4-3-1 sh-P/Si-TiO2-z (z: 3-6)膜的XRD圖譜……………………….44 圖4-3-2 sh-P/Si-TiO2-z (z: 3-6)膜中TiO2晶粒的尺寸……………......44 圖4-3-3 為(a) sh-P/Si-TiO2-3、(b) sh-P/Si-TiO2-4、(c) sh-P/Si-TiO2-5和(d) sh-P/Si-TiO2-6膜的SEM俯視圖………………………………...45 圖4-3-4 為sh-P/Si-TiO2-z (z: 3-6)膜的可見光穿透圖譜……………..46 圖4-3-5 為sh-P/Si-TiO2-z (z: 3-6)膜其染料吸附量和膜厚圖………..47 圖4-3-6 sh-P/Si-TiO2-z (z: 3-6)膜的I-V曲線圖………………………48 圖4-3-7 為sh-P/Si-TiO2-z (z: 3-6)膜組裝成電池的電化學交流阻抗圖譜………………………………………………………………………..49 表目錄 表 2-1 TiO2結晶相態與物性…………………………………………...8 表3-1 實驗所使用的主要化學藥品…………………………………..14 表4-1 比較 P25、s-o-TiO2-3、s-P-TiO2-3和s-P/Si-TiO2-3膜於DSSCs表現的行為……………………………………………………………..36 表4-2 比較不同製程的(P/Si)-TiO2膜於DSSCs表現的行為………42 表4-3 sh-P/Si-TiO2-z (z: 3-6)膜於DSSCs表現的行為……………….48[[note]]學號: 698400172, 學年度: 10

The Interconnect Fringing Capacitance Model and Its Applications to the Study of Pull-in Voltage of Micro Devices

本研究目標在提出一能夠準確計算平行板電容的經驗公式，包含二維與三維邊緣電容效應。公式的推導從大量不同幾何尺寸的數值模擬開始，接著取適當的參數對模擬值作曲線回歸，便可以得到二維與三維邊緣電容公式，其準確度與模擬值相比，誤差分別在百分之二與百分之四以內。之後我們利用所提出的二維與三維邊緣電容公式，進行微元件吸附電壓的推導，與文獻之實驗值相比，有相當良好的準確度，證明本研究所提出的公式的確可以應用於微機電元件的設計。最後為了實際驗證本研究所提出之公式，我們使用微機電製程進行了二維與三維邊緣電容的實驗，而二維與三維邊緣電容公式與實驗值相比，誤差分別在百分之三以及百分之五以內。這個高準確度的公式，相較於其他文獻所提出的方式更為便利，且無論在準確度、公式的適用範圍、物理意義等方面，都具有優勢，因此元件設計者可以利用本研究所提出之公式作為參考，只需經由幾何尺寸，無須透過數值模擬或實驗，便可以快速及準確的計算出電容值。This research aims at developing empirical formulas for parallel-plate capacitor precisely, including two- and three-dimensional fringing capacitance effects. The derivation was started from massive numerical simulations of different geometry, and then we can derive two- and three- dimensional fringing capacitance formulas from choosing appropriate parameters to curve-fitting on results obtained from simulations. The relative errors of two- and three-dimensional fringing capacitance formulas are within 2 and 4 percent comparing with numerical simulations, respectively. Next, we derived the pull-in voltage of micro-devices from these formulas and it shows very high accuracy comparing with experimental data obtained from literature. It demonstrates that the formulas we proposed can apply to the design of microelectromechanical devices. Finally, in order to verify these formulas we proposed actually, we conducted experiment of two- and three-dimensional fringing capacitance by the semiconductor processing. The relative errors of two- and three-dimensional fringing capacitance formulas are within 3 and 5 percent comparing with experimental data, respectively. These high precision empirical formulas are more convenient than other proposed methods, and the accuracy, the applicative range, and the physical meaning are better, too. Therefore, by these high precision formulas, designers can easily evaluate the capacitance through the geometry in a few seconds.謝誌 i文摘要 iiibstract (英文摘要) iv錄 v目錄 viii目錄 xiii號說明 xv一章 導論 1.1 研究動機 1.2 文獻回顧與探討 2 1.2.1 二維無厚度平行板電容文獻回顧 2 1.2.2 二維真實厚度平行板電容文獻回顧 3 1.2.3 三維平行板電容文獻回顧 7.3 論文架構 9二章 微結構之邊緣電容模型 10.1 理想電容公式 11.2 邊緣電容探討 13.3 二維邊緣電容公式 19.4 三維邊緣電容公式 23.5 綜合比較 26 2.5.1 二維邊緣電容公式綜合比較 26 2.5.1 三維邊緣電容公式綜合比較 29三章 受靜電力驅動之微結構的吸附電壓解析模型 33.1 分析模型 34.2 微結構系統總能量式 36 3.2.1 兩端固定樑系統總能量式 36 3.2.2 橋狀樑系統總能量式 37 3.2.3 懸臂樑系統總能量式 38 3.2.4 步階型式懸臂樑系統總能量式 39.3 吸附電壓近似解析解 41 3.3.1 兩端固定樑吸附電壓近似解析解 42 3.3.2 橋狀樑吸附電壓近似解析解 42 3.3.3 懸臂樑吸附電壓近似解析解 43 3.3.4 步階型式懸臂樑吸附電壓近似解析解 44.4 四階吸附電壓近似解析解 46 3.4.1 兩端固定樑四階吸附電壓近似解析解 47 3.4.2 橋狀樑四階吸附電壓近似解析解 48 3.4.3 懸臂樑四階吸附電壓近似解析解 49 3.4.4 步階型式懸臂樑四階吸附電壓近似解析解 50.5 假設模態法 51.5.1 兩端固定樑撓曲函數 52 3.5.2 橋狀樑撓曲函數 52 3.5.3 懸臂樑撓曲函數 53 3.5.4 步階型式懸臂樑撓曲函數 54.6 理論驗證 56.6.1 兩端固定樑理論驗證 57 3.6.2 橋狀樑理論驗證 60 3.6.3 懸臂樑理論驗證 63 3.6.4 步階型式懸臂樑理論驗證 64四章 實驗驗證 67.1 實驗原理 68.2 製程介紹 71.2.1 大尺度模型實驗 71.2.2 微結構模型實驗 73.3 實驗量測 79.4 實驗結果與討論 84.4.1 二維邊緣電容實驗結果與討論 84.4.1 三維邊緣電容實驗結果與討論 86五章 結論與未來展望 90.1 結果與討論 90.2 未來展望 91考文獻 9

白酒糟循环流化床燃烧灰直接肥料化利用

研究了白酒糟循环流化床燃烧灰直接作为肥料的可能性和效果,以其为肥料种植油菜,考察了油菜在5种土壤中发芽和生长情况.结果表明,白酒糟燃烧灰对不同生长阶段的油菜有不同影响,对壤质土中的油菜发芽有抑制作用,但能明显改善粘性土壤中油菜的生长环境,油菜的净增量和产量都有明显增加.白酒糟燃烧灰还能提高酸性土壤pH值,使土壤环境向中性(pH6.97～7.74)转变,有利于腐殖酸分解和植物生长.土壤与白酒糟燃烧灰质量比为5:1时,与原土相比,泸州国窖红土壤、泸州青稞土壤及富阳土壤中油菜净增量分别为80.1%,80.9%,163.6%,表明利用白酒糟燃烧灰作为植物生长肥料是可行的

白酒糟循环流化床燃烧灰直接肥料化利用

研究了白酒糟循环流化床燃烧灰直接作为肥料的可能性和效果,以其为肥料种植油菜,考察了油菜在5种土壤中发芽和生长情况.结果表明,白酒糟燃烧灰对不同生长阶段的油菜有不同影响,对壤质土中的油菜发芽有抑制作用,但能明显改善粘性土壤中油菜的生长环境,油菜的净增量和产量都有明显增加.白酒糟燃烧灰还能提高酸性土壤pH值,使土壤环境向中性（pH6.97～7.74）转变,有利于腐殖酸分解和植物生长.土壤与白酒糟燃烧灰质量比为5：1时,与原土相比,泸州国窖红土壤、泸州青稞土壤及富阳土壤中油菜净增量分别为80.1%,80.9%,163.6%,表明利用白酒糟燃烧灰作为植物生长肥料是可行的

白酒糟循环流化床燃烧灰直接肥料化利用

研究了白酒糟循环流化床燃烧灰直接作为肥料的可能性和效果,以其为肥料种植油菜,考察了油菜在5种土壤中发芽和生长情况.结果表明,白酒糟燃烧灰对不同生长阶段的油菜有不同影响,对壤质土中的油菜发芽有抑制作用,但能明显改善粘性土壤中油菜的生长环境,油菜的净增量和产量都有明显增加.白酒糟燃烧灰还能提高酸性土壤pH值,使土壤环境向中性（pH6.97～7.74）转变,有利于腐殖酸分解和植物生长.土壤与白酒糟燃烧灰质量比为5：1时,与原土相比,泸州国窖红土壤、泸州青稞土壤及富阳土壤中油菜净增量分别为80.1%,80.9%,163.6%,表明利用白酒糟燃烧灰作为植物生长肥料是可行的

Chinese Revolution in the Socio-economic Perspective

自2004年起,本刊设立开放时代论坛,每年11月第一个周末定期举办,至今已逾十二届。开放时代论坛旨在邀集多领域学者,推进对前沿公共议题的跨学科讨论。自2015年起,本刊再设不定期的开放时代工作坊,旨在邀集某学科或某些相近学科的学者,对学科内与时势相接的重要学术问题作专门探讨。第一次开放时代工作坊于2015年1月13日至14日在中山大学举办,主题为“社会经济史视野下的中国革命“,我们希望从长时段、日常生活、地方社会的角度展现中国革命的复杂性、丰富性和延续性,以区别于惯行的党史研究。以下内容根据第一次开放时代工作坊录音整理而成,并经所有发言人审订。评论及讨论部分的小标题为编者所加。因篇幅所限,部分内容未能一并刊出