TW201803140A - 電極吸附染料的方法及其裝置 - Google Patents
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Abstract
一種電極吸附染料之方法及其裝置，適用於一光電池之電極。電極吸附染料之方法包含進行一染料吸附步驟，將一染料注入並流過彼此相對向的二電極之間。
Description
本發明係關於一種電極吸附染料的方法及其裝置，特別是一種光電池的電極吸附染料的方法及其裝置。
染料敏化光電池(Dye Sensitized Solar Cell，DSSC)是一種奈米薄膜光電池。染料敏化光電池的陽極上具有金屬氧化物半導體的奈米顆粒所形成的多孔結構，而染料分子吸附於多孔結構的表面並與金屬氧化物半導體形成化學鍵結。當染料分子吸收光能時，電子躍升到導帶，並經金屬氧化物半導體流入陽極以產生電流。染料敏化光電池的優點在於原料成本低、製程容易與簡單的製程設備，因此為目前光電池中製造成本最低者。
目前大面積染料光電池的製程中，係將陽極上的金屬氧化物半導體多孔結構浸泡於染料槽中，使染料分子移動進入多孔結構並吸附於多孔結構的表面。然而，此染料槽浸泡法需於染料槽中盛裝大量的染料，且需等待染料分子緩緩移動進入多孔結構中，因此需要較長的製程時間與較高的染料需求量。再者，由於染料是自行擴散進入多孔結構中，使得多孔結構存在有各部位的染料分布不均勻而導致光電池效率低落的問題。
本發明係關於一種光電池的電極吸附染料的方法及其裝置，藉以達到縮短製程時間、降低染料使用量以及解決染料分布不均勻所導致光電池效率低落的問題。
本發明之電極吸附染料之方法，適用於一光電池之電極，包含進行一染料吸附步驟，將一染料注入並流過彼此相對向的二電極之間。
本發明之電極吸附染料裝置，包含一多方向控制閥、一電極治具、一染料槽、一流體驅動幫浦與一清洗液槽。多方向控制閥具有一第一連通狀態與一第二連通狀態。電極治具具有一入口與一出口。電極治具用以固定彼此相對向之二電極，並使入口、出口與二電極之間的間隙相連通。染料槽具有一染料出口與一染料入口。流體驅動幫浦位於電極治具與多方向控制閥之間。清洗液槽具有一清洗液出口與一清洗液入口。於第一連通狀態，染料出口透過多方向控制閥與入口相連通，且染料入口透過多方向控制閥與出口相連通。於第二連通狀態，清洗液出口透過多方向控制閥與入口相連通，清洗液入口透過多方向控制閥與出口相連通。
根據上述本發明所揭露之電極吸附染料方法及其裝置，透過將一染料注入並流過彼此相對向的二電極之間，已注入二電極之間的染料受到後續注入的染料推擠而加速進入電極表面的多孔結構中。再者，使用的染料量僅需可填滿二電極之間的間隙，不需再準備可將電極浸沒於其中的染料量。再者，受到推擠的染料可克服自身表面張力的阻礙而進入孔徑較小的孔洞中，使得染料可均勻分布於不同孔徑的孔洞中，藉此提升光電池的效率。
以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。
以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。
染料敏化光電池包含一陰極、一陽極及一電解液。陰極由導電玻璃(Fluorine-Doped Tin Oxide，FTO)及覆蓋於導電玻璃表面的鉑層所組成。陽極由導電玻璃(FTO)、覆蓋於導電玻璃表面的多孔結構以及吸附於多孔結構表面的染料所組成。多孔結構為金屬氧化物半導體的奈米顆粒所構成，金屬氧化物半導體例如為二氧化鈦。染料為有機染料或有機金屬錯合物染料，例如為以釕或鋅為中心，且具有捐贈電子基、π鍵及接受電子基之有機金屬錯合物。陰極與陽極的多孔結構彼此相對向設置，陰極的白金層與陽極的多孔結構彼此相對向。陰極與陽極的周緣以封裝材料密封，電解液被密封於陰極與陽極之間以傳遞電子。電解液例如為含有I3 -
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的有機溶液。
以下說明本發明之電極吸附染料方法。本發明之電極吸附染料方法，包含一染料吸附步驟，將一染料注入並流過彼此相對向的二電極之間。請參照圖1。圖1為本發明一實施例之電極吸附染料方法的流程圖。以下透過本發明一實施例說明電極吸附染料方法。本實施例用於說明電極吸附染料方法的二電極結構為染料敏化電池的陰極與未吸附染料的陽極。陰極為導電玻璃及位於導電玻璃表面的鉑層所組成，未吸附染料的陽極為導電玻璃與位於導電玻璃表面的多孔結構所組成。位於陰極與未吸附染料的陽極周緣的封裝材料密封相對向的陰極與未吸附染料的陽極，並在陰極與未吸附染料的陽極之間留下一間隙。在陰極之導電玻璃未被鉑層覆蓋處具有至少一電極入口及至少一電極出口，電極入口及電極出口與陰極及未吸附染料的陽極之間的間隙相連通。於其他實施例中，電極入口及電極出口亦可位於陰極或陽極的其他位置。
首先，進行一氣相電極清潔步驟(S101)。
詳細來說，依序將一清潔氣體注入並流過彼此相對向的二電極之間，接著再將二電極之間的該清潔氣體抽出使二電極之間維持真空狀態。清潔氣體進入與離開相對向的二電極之間隙係經由電極入口及電極出口。透過清潔氣體進入與離開二電極之間，將電極之間的雜質帶離電極之間，增加後續染料吸附步驟中，染料與電極表面的多孔結構間的接觸面積。清潔氣體例如為氮氣或惰性氣體。將清潔氣體注入二電極之間與自二電極之間抽出的流程可重複進行多次以強化氣相電極清潔的效果。
接著，進行一染料吸附步驟(S102)。
詳細來說，將染料正向注入並流過彼此相對向的二電極之間，以及待多孔結構表面已均勻吸附染料後，將二電極之間多餘的染料反向排出。於染料正向注入並流過二電極之間的過程中，已注入二電極之間並填滿二電極之間的間隙的染料受到後續注入的染料推擠而進入電極表面的多孔結構中。染料所受的推擠力量提高了染料往多孔結構的孔洞中移動的速度。再者，染料所受的推擠力量協助染料克服自身的表面張力而進入小尺寸孔洞中，使得染料均勻分布於多孔結構中。於染料與構成多孔結構的金屬氧化物半導體接面，染料與金屬氧化物半導體進行脫水反應而形成化學鍵結。染料與金屬氧化物半導體間的化學鍵結為染料中吸收光能的高能電子往陽極移動的路徑。
染料為有機染料或有機金屬錯合物染料，例如為以釕或鋅為中心，且具有捐贈電子基、π鍵及接受電子基之有機金屬錯合物。構成多孔結構的金屬氧化物半導體例如為氧化鈦。進行染料吸附時，二電極的溫度例如為20℃至60℃。若二電極的溫度太低，則染料與金屬氧化物半導體間進行脫水反應的速度過慢，造成時間成本增加。若二電極的溫度太高，則染料可能受高溫破壞，造成染料的光電轉換效率下降。
接著，進行一液相電極清潔步驟(S103)。
詳細來說，清洗液正向注入並流過吸附染料的二電極之間，待未透過化學鍵結附著於多孔結構表面的染料被清洗液移除後，殘餘的清洗液自吸附染料的二電極之間被反向排出。被多孔結構吸附的染料中，除了位於多孔結構表面的第一層染料與多孔結構之間為化學鍵結外，第二層染料甚至第三層染料是透過各層染料之間的靜電力而附著於多孔結構。清洗液流過吸附染料的二電極之間時，第二層染料與第三層染料溶解於清洗液中而被帶離多孔結構表面，僅留下化學鍵結於多孔結構表面的第一層染料。清洗液包含醇類、晴類、其他能溶解有機染料或有機金屬錯合物染料之溶劑。
當染料吸收光能使電子躍遷至傳導帶時，僅有第一層染料中的高能電子能夠透過與金屬氧化物半導體間的化學鍵結傳遞至陽極以產生電子流，其餘以物理鍵結附著於多孔結構的第二層染料及第三層染料中的高能電子無法傳遞至陽極以產生電子流。再者，失去電子的第一層染料需自電解液中的電解質取得電子以回復電中性，然而第二層染料與第三層染料覆蓋並阻礙了第一層染料與電解液接觸，使得第一層染料無法被電解質還原為電中性以重複吸收光能並提供高能電子予陽極，導致光電池可產生的電流逐漸下降。因此，完成染料吸附步驟後，需進行液相電極清潔步驟以移除多餘的第二層與第三層染料，以便維持光電池的產生之電流的穩定性。
接著，進行一氣相乾燥步驟(S104)。
詳細來說，將一乾燥氣體注入並流過吸附染料的二電極之間，接著再將二電極之間的乾燥氣體抽出使吸附染料的二電極之間維持真空狀態。透過乾燥氣體進入與離開二電極之間，促進殘留於吸附染料的二電極之間的清洗液揮發為氣態，並使氣化的清洗液隨乾燥氣體一同離開吸附染料的二電極之間。清潔氣體例如為氮氣或惰性氣體。將乾燥氣體注入吸附染料的二電極之間與自吸附染料的二電極之間抽出的流程可重複進行多次以強化氣相乾燥的效果。
本發明之電極吸附染料方法係透過將一染料注入並流過彼此相對向的二電極之間，使得染料被吸附於電極表面。由於已注入二電極之間的染料受到後續注入的染料推擠而加速進入電極表面的多孔結構中，使得電極吸附染料所需的時間縮短。再者，使用的染料量僅需可填滿二電極之間的間隙，不需再準備足夠將電極浸沒於其中的染料量。再者，受到推擠的染料可克服自身表面張力的阻礙而進入孔徑較小的孔洞中，使電極吸附染料的總面積增加，且染料可均勻分布於不同孔徑的孔洞中，進而藉此提升光電池的效率。
再者，習用電極吸附染料的方法為將電極浸泡於染料槽中，使染料槽中的染料透過擴散與毛細現象進入電極表面的多孔結構中。因此，染料進入電極表面的多孔結構的速度與量難以控制，使得批次製造的穩定性較低。相對地，本發明將染料注入並流過相對向的二電極之間使電極吸附染料的方法中，染料注入時承受的力量將染料推入電極表面的多孔結構中，透過控制注入染料的速度可調整染料進入電極表面的多孔結構的速度與量，使得批次製造的穩定性得到提升。
此外，當染料敏化光電池的電極為多彩電極時，陽極被劃分為多個區塊，各個區塊被封裝材料所分隔且各具有一組對應的電極入口與電極出口。如此一來，本發明之電極吸附染料方法可分別於各個區塊注入不同的染料以製備多彩電極。
此外，本發明之電極吸附染料方法於注入染料前已完成陰極與陽極的封裝，因此封裝材料與陰極或陽極的接面未與染料接觸。如此一來，避免習用電極浸泡於染料槽中吸附染料時，染料殘留於後續封裝材料與陽極接觸的位置而對封裝材料的黏著效果產生不良影響。
本發明之電極吸附染料方法係搭配本發明之電極吸附染料裝置以使染料被吸附於電極表面。以下說明本發明之電極吸附染料裝置。請參照圖2A、2B、3、4，圖2A與圖2B為本發明一實施例之電極吸附染料裝置於不同視角的立體圖。圖3為本發明一實施例之電極吸附染料裝置的俯視圖。圖4為本發明一實施例之電極吸附染料裝置隱去槽外支架與蓋板的立體圖。本實施例用於說明電極吸附染料裝置的二電極結構與前述用於說明電極吸附染料方法的二電極結構相同，在此不再重複說明二電極結構。
電極吸附染料裝置1包含一多方向控制閥10、五電極治具20、一電極溫度控制模組30、一染料槽40、一清洗液槽50、一供氣模組60、一流體輸送模組70、一控制器80以及一機體90。多方向控制閥10、流體輸送模組70與電極溫度控制模組30設置於機體90的承載面910。電極治具20設置於電極溫度控制模組30內。染料槽40、清洗液槽50、供氣模組60與控制器80設置於機體90的側面920並環繞承載面910。
首先介紹多方向控制閥10，請參照圖5A至圖6。圖5A為本發明一實施例之電極吸附染料裝置的多方向控制閥的立體分解圖。圖5B為圖5A的多方向控制閥的本體的立體透視圖。圖6為本發明一實施例之電極吸附染料裝置的多方向控制閥的部分剖視圖。
多方向控制閥10包含一本體110、一氣體控制氣閥120、一染料控制氣閥130、一清洗液控制氣閥140、一氣體注入控制口122、一氣體注入控制墊片123、一染料注入控制口125、一染料注入控制墊片126、一清洗液注入控制口128、一清洗液注入控制墊片129、一氣體回收控制口142、一氣體回收控制墊片143、一染料回收控制口145、一染料回收控制墊片146、一清洗液回收控制口148、一清洗液回收控制墊片149與一控制氣體源(未繪示)。本體110具有一氣體注入流道111、一氣體注入口112、一氣體注入控制空間121、一染料注入流道113、一染料注入口114、一染料注入控制空間124、一清洗液注入流道115、一清洗液注入口116、一清洗液注入控制空間127、一電極注入流道117與一電極注入口118。控制氣體源(未繪示)用於提供控制氣體予氣體注入控制口122、染料注入控制口125、清洗液注入控制口128、氣體回收控制口142、染料回收控制口145與清洗液回收控制口148。
氣體控制氣閥120組合於本體110，並形成氣體注入控制空間121於氣體控制氣閥120與本體110之間。氣體注入控制墊片123位於氣體注入控制空間121中，並將氣體注入控制空間121分為第一氣體注入控制空間1211與第二氣體注入控制空間1212。氣體注入控制口122與第一氣體注入控制空間1211相連通。氣體注入口112位於氣體注入流道111的一端，氣體注入流道111的相對另一端與電極注入流道117的其中一分支透過第二氣體注入控制空間1212相連通。當氣體注入控制口122對第一氣體注入控制空間1211充氣時，氣體注入控制墊片123受壓變形而封閉電極注入流道117連通第二氣體注入控制空間1212的分支，使得氣體注入流道111與電極注入流道117彼此不連通。當氣體注入控制口122未對第一氣體注入控制空間1211充氣時，氣體注入控制墊片123未受壓變形，使得氣體注入流道111與電極注入流道117彼此相連通。
染料控制氣閥130組合於本體110，並形成染料注入控制空間124於染料控制氣閥130與本體110之間。染料注入控制墊片126位於染料注入控制空間124中，並將染料注入控制空間124分為第一染料注入控制空間1241與第二染料注入控制空間1242。染料注入控制口125與第一染料注入控制空間1241相連通。染料注入口114位於染料注入流道113的一端，染料注入流道113的相對另一端與電極注入流道117的其中一分支透過第二染料注入控制空間1242相連通。當染料注入控制口125對第一染料注入控制空間1241充氣時，染料注入控制墊片126受壓變形而封閉電極注入流道117連通第二染料注入控制空間1242的分支，使得染料注入流道113與電極注入流道117彼此不連通。當染料注入控制口125未對第一染料注入控制空間1241充氣時，染料注入控制墊片126未受壓變形，使得染料注入流道113與電極注入流道117彼此相連通。
清洗液控制氣閥140組合於本體110，並形成清洗液注入控制空間127於清洗液控制氣閥140與本體110之間。清洗液注入控制墊片129位於清洗液注入控制空間127中，並將清洗液注入控制空間127分為第一清洗液注入控制空間1271與第二清洗液注入控制空間1272。清洗液注入控制口128與第一清洗液注入控制空間1271相連通。清洗液注入口116位於清洗液注入流道115的一端，清洗液注入流道115的相對另一端與電極注入流道117的其中一分支透過第二清洗液注入控制空間1272相連通。當清洗液注入控制口128對第一清洗液注入控制空間1271充氣時，清洗液注入控制墊片129受壓變形而封閉電極注入流道117連通第二清洗液注入控制空間1272的分支，使得清洗液注入流道115與電極注入流道117彼此不連通。當清洗液注入控制口128未對第一清洗液注入控制空間1271充氣時，清洗液注入控制墊片129未受壓變形，使得清洗液注入流道115與電極注入流道117彼此相連通。
本體110更具有一氣體回收流道131、一氣體回收口132、一氣體回收控制空間141、一染料回收流道133、一染料回收口134、一染料回收控制空間144、一清洗液回收流道135、一清洗液回收口136、一清洗液回收控制空間147、一電極回收流道137與一電極回收口138。
氣體控制氣閥120組合於本體110，並形成氣體回收控制空間141於氣體控制氣閥120與本體110之間。氣體回收控制墊片143位於氣體回收控制空間141中，並將氣體回收控制空間141分為第一氣體回收控制空間1411與第二氣體回收控制空間1412。氣體回收控制口142與第一氣體回收控制空間1411相連通。氣體回收口132位於氣體回收流道131的一端，氣體回收流道131的相對另一端與電極回收流道137的其中一分支透過第二氣體回收控制空間1412相連通。當氣體回收控制口142對第一氣體回收控制空間1411充氣時，氣體回收控制墊片143受壓變形而封閉電極回收流道137連通第二氣體回收控制空間1412的分支，使得氣體回收流道131與電極回收流道137彼此不連通。當氣體回收控制口142未對第一氣體回收控制空間1411充氣時，氣體回收控制墊片143未受壓變形，使得氣體回收流道131與電極回收流道137彼此相連通。
染料控制氣閥130組合於本體110，並形成染料回收控制空間144於染料控制氣閥130與本體110之間。染料回收控制墊片146位於染料回收控制空間144中，並將染料回收控制空間144分為第一染料回收控制空間1441與第二染料回收控制空間1442。染料回收控制口145與第一染料回收控制空間1441相連通。染料回收口134位於染料回收流道133的一端，染料回收流道133的相對另一端與電極回收流道137的其中一分支透過第二染料回收控制空間1442相連通。當染料回收控制口145對第一染料回收控制空間1441充氣時，染料回收控制墊片146受壓變形而封閉電極回收流道137連通第二染料回收控制空間1442的分支，使得染料回收流道133與電極回收流道137彼此不連通。當染料回收控制口145未對第一染料回收控制空間1441充氣時，染料回收控制墊片146未受壓變形，使得染料回收流道133與電極回收流道137彼此相連通。
清洗液控制氣閥140組合於本體110，並形成清洗液回收控制空間147於清洗液控制氣閥140與本體110之間。清洗液回收控制墊片149位於清洗液回收控制空間147中，並將清洗液回收控制空間147分為第一清洗液回收控制空間1471與第二清洗液回收控制空間1472。清洗液回收控制口148與第一清洗液回收控制空間1471相連通。清洗液回收口136位於清洗液回收流道135的一端，清洗液回收流道135的相對另一端與電極回收流道137的其中一分支透過第二清洗液回收控制空間1472相連通。當清洗液回收控制口148對第一清洗液回收控制空間1471充氣時，清洗液回收控制墊片149受壓變形而封閉電極回收流道137連通第二清洗液回收控制空間1472的分支，使得清洗液回收流道135與電極回收流道137彼此不連通。當清洗液回收控制口148未對第一清洗液回收控制空間1471充氣時，清洗液回收控制墊片149未受壓變形，使得清洗液回收流道135與電極回收流道137彼此相連通。
多方向控制閥10具有一第一連通狀態、一第二連通狀態與一第三連通狀態。多方向控制閥10呈第一連通狀態時，除了染料注入控制口125與染料回收控制口145之外的控制口均注入控制氣體，使得多方向控制閥10的本體110中，僅有染料注入流道113與電極注入流道117相連通以及染料回收流道133與電極回收流道137相連通。多方向控制閥10呈第二連通狀態時，除了清洗液注入控制口128與清洗液回收控制口148之外的控制口均注入控制氣體，使得多方向控制閥10的本體110中，僅有清洗液注入流道115與電極注入流道117相連通以及清洗液回收流道135與電極回收流道137相連通。多方向控制閥10呈第三連通狀態時，除了氣體注入控制口122與氣體回收控制口142之外的控制口均注入控制氣體，使得多方向控制閥10的本體110中，僅有氣體注入流道111與電極注入流道117相連通以及氣體回收流道131與電極回收流道137相連通。
接下來介紹電極治具20與電極溫度控制模組30，請參照圖2A、圖7與圖8。圖7為本發明一實施例之電極吸附染料裝置的電極治具與電極溫度控制器的部分剖視圖。圖8為本發明一實施例之電極吸附染料裝置的電極治具的立體分解圖。
電極治具20包含一第一板體210、一第二板體220、二第一導引柱230、二第二導引柱240、一第一夾塊250、一第二夾塊260、一第一調整螺絲270與第二調整螺絲280。第一板體210具有一第一掛勾211，第一掛勾211位於第一板體210的側邊。第二板體220具有一第二掛勾221，第二掛勾221位於第二板體220的側邊，且第一掛勾211與第二掛勾221的位置相對應。第一夾塊250位於第一板體210與第二板體220之間且靠近第一掛勾211與第二掛勾221的一側。第一夾塊250具有二第一穿孔251，二第一導引柱230分別穿設於二第一穿孔251並連接第一板體210與第二板體220，使得第一夾塊250可沿著二第一導引柱230於第一板體210與第二板體220之間滑動。第二夾塊260位於第一板體210與第二板體220之間且遠離第一掛勾211與第二掛勾221的一側。第二夾塊260具有二第二穿孔261，二第二導引柱240分別穿設於二第二穿孔261並連接第一板體210與第二板體220，使得第二夾塊260可沿著二第二導引柱240於第一板體210與第二板體220之間滑動。第一調整螺絲270穿設於第二板體220靠近第二掛勾221的一側，且第一調整螺絲270的末端抵頂第一夾塊250以調整第一夾塊250與第一板體210的間距。第二調整螺絲280穿設於第二板體220遠離第二掛勾221的一側，且第二調整螺絲280的末端抵頂第二夾塊260以調整第二夾塊260與第一板體210的間距。
第一夾塊250更具有一出口252與一電極回收口253，出口252與電極回收口253透過第一夾塊250內的管道相連通。第二夾塊260更具有一入口262與一電極注入口263，入口262與電極注入口263透過第二夾塊260內的管道相連通。當欲注入染料於二電極之間時，將二電極置於第一板體210與第二板體220之間，並旋轉第一調整螺絲270與第二調整螺絲280以透過第一夾塊250、第二夾塊260與第一板體210夾固二電極。此時，第一夾塊250的電極回收口253對應二電極的電極出口，第二夾塊260的電極注入口263對應二電極的電極入口。如此一來，流體可自第二夾塊260的入口進入電極治具20，再經電極注入口263、二電極的電極入口流入二電極之間，再經由二電極的電極出口、第一夾塊250的電極回收口253與出口252離開電極治具20。
電極溫度控制模組30包含一加熱槽310、一加熱板320、一槽內支架330、一槽外支架340與一蓋板350。加熱槽310設置於機體90的承載面910。加熱板320位於加熱槽310的槽底面311。槽內支架330位於加熱槽310的槽壁面312，且槽內支架330介於承載面910與槽底面311之間。槽外支架340位於槽壁面312的頂部，並往遠離槽底面311的方向延伸。蓋板350可相對加熱槽310樞轉的固定於槽壁面312。當蓋板350覆蓋加熱槽310的開口313時可加強加熱槽310的保溫效果。
當使用者欲安裝電極於電極治具20或自電極治具20取下電極時，電極治具20透過第一掛勾211與第二掛勾221懸掛於槽外支架340，使得電極治具20位於加熱槽310外。藉此，提供使用者較大的作業空間。當欲將染料注入二電極之間使電極吸附染料時，電極治具20透過第一掛勾211與第二掛勾221懸掛於槽內支架330，使得電極治具20位於溫度較高的加熱槽310內。藉此，加快二電極之間的染料與電極表面的多孔結構形成化學鍵結的速度，進而加快電極吸附染料的速度。
接下來介紹染料槽40，請參照圖2B與圖9。圖9為本發明一實施例之電極吸附染料裝置的染料槽的立體分解圖。
染料槽40包含一染料槽體410、一染料出口管420、一染料入口管430、一攪拌器440與一染料槽洩壓閥450。染料槽體410設置於機體90的側面920。染料槽體410具有一染料槽觀測窗411與一染料取樣口412。染料槽觀測窗411用於觀測染料槽體410中染料的液面高度以確定染料槽體410中的染料存量。染料取樣口412用於自染料槽體410中抽取少量染料進行檢測以確保染料槽體410中染料的品質。
染料出口管420位於染料槽體410，而染料出口421位於染料出口管420。染料出口管420的一端開口於染料槽體410內的染料中，染料出口管420的相對另一端開口於染料槽體410外，並且透過非金屬管線與多方向控制閥10的染料注入口114相連通。染料入口管430位於染料槽體410，而染料入口431位於染料入口管430。染料入口管430的一端開口於染料槽體410內並與染料保持一距離，染料入口管430的相對另一端開口於染料槽體410外，並且透過非金屬管線與多方向控制閥10的染料回收口134相連通。
攪拌器440的驅動馬達441位於染料槽體410外側，攪拌器440的攪拌頭442位於染料槽體410內的染料中。驅動馬達441透過轉軸443連結攪拌頭442。染料槽洩壓閥450設置於染料槽體410，染料槽洩壓閥450用於調整染料槽體410內的壓力，避免染料槽體410內的氣壓過高。
接下來介紹清洗液槽50，請參照圖2A與圖10。圖10為本發明一實施例之電極吸附染料裝置的清洗液槽的立體分解圖。
清洗液槽50包含一清洗液槽體510、一清洗液出口管520、一清洗液入口管530與一清洗液槽洩壓閥540。清洗液槽體510設置於機體90的側面920。清洗液槽體510具有一清洗液槽觀測窗511與清洗液取樣口512。清洗液槽觀測窗511用於觀測清洗液槽體510中清洗液的液面高度以確定清洗液槽體510中的清洗液存量。清洗液取樣口512用於自清洗液槽體510中抽取少量清洗液進行檢測以確保清洗液槽體510中清洗液的品質。
清洗液出口管520位於清洗液槽體510，而清洗液出口521位於清洗液出口管520。清洗液出口管520的一端開口於清洗液槽體510內的清洗液中，清洗液出口管520的相對另一端開口於清洗液槽體510外，並且透過非金屬管線與多方向控制閥10的清洗液注入口116相連通。清洗液入口管530位於清洗液槽體510，而清洗液入口531位於清洗液入口管530。清洗液入口管530的一端開口於清洗液槽體510內並與清洗液保持一距離，清洗液入口管530的相對另一端開口於清洗液槽體510外，並且透過非金屬管線與多方向控制閥10的清洗液回收口136相連通。
清洗液槽洩壓閥540設置於清洗液槽體510，清洗液槽洩壓閥540用於調整清洗液槽體510內的壓力，避免清洗液槽體510內的氣壓過高。
接下來介紹供氣模組60，請參照圖2A至圖4。供氣模組60包含一氣體源610與一排氣口620。氣體源610透過非金屬管線與多方向控制閥10的氣體注入口112相連通。氣體源610提供的氣體例如為氮氣或惰性氣體。排氣口620透過非金屬管線與多方向控制閥10的氣體回收口132相連通，且排氣口620連通於一抽氣幫浦(未繪示)的進氣口。如此一來，利用抽氣幫浦(未繪示)可維持非金屬管線與二電極之間的間隙為真空狀態。
接下來介紹流體輸送模組70，請參照圖2A至圖4。流體輸送模組70包含一流體驅動幫浦710、一第一分接器720、一第二分接器730與一壓力感知器740。流體驅動幫浦710、第一分接器720、第二分接器730與壓力感知器740均設置於機體90的承載面910。
流體驅動幫浦710用於驅動流體於染料槽40或清洗液槽50、多方向控制閥10的電極注入口118、電極治具20的二電極之間的間隙、多方向控制閥10的電極回收口138之間流動。於本實施例中，流體驅動幫浦710為蠕動幫浦，其具有流量控制精準度高的優點，有助於準確控制推動染料往陽極表面多孔結構移動之力量。
第一分接器720用於將連通於多方向控制閥10的電極注入口118的非金屬管線分接為與電極治具20數目相同的多條非金屬管線。第二分接器730具有二功能，其中一功能為連通離開第一分接器的多條非金屬管線與連通各電極治具20的入口262的多條非金屬軸管。第二分接器730的另一功能為將連通於各電極治具20的出口252的多條非金屬管線以及連通壓力感知器740的非金屬管線合併為連通多方向控制閥10的電極回收口138的一非金屬管線。透過非金屬管線連通於第二分接器730的壓力感知器740具有偵測非金屬管線內之氣體壓力的功能。當氣體自供氣模組60的氣體源610注入非金屬管線時，若壓力感知器740感測到非金屬管線內的壓力出現異常變化，則可判斷非金屬管線發生洩漏，並且提示控制器80中止電極吸附染料裝置1的運作以防止染料或清洗液自非金屬管線漏出。於本實施例中，流體驅動幫浦710驅動流體的位置介於第一分接器720與第二分接器730之間。
接下來介紹控制器80，請參照圖2A至圖4。控制器80設置於機體90的側面920。控制器80可用於協助使用者控制多方向控制閥10交替呈第一連通狀態、第二連通狀態與第三連通狀態，藉此控制氣體、染料或清洗液是否注入電極注入流道117並由電極注入口118流出，以及控制氣體、染料或清洗液是否由電極回收流道137分別流入氣體回收流道131、染料回收流道133或清洗液回收流道135。再者，控制器80用於控制電極溫度控制模組30的加熱槽310內的溫度以及染料槽40的攪拌器440的攪拌速度。再者，控制器80用於控制流體驅動幫浦710的轉速，藉此控制流過二電極之間之流體的流量。於本實施例中，使用者透過控制器80控制多方向控制閥10的連通狀態、電極溫度控制模組30的加熱槽310內的溫度、攪拌器440的攪拌速度與流體驅動幫浦710的轉速，但不以此為限。於本發明其他實施例中，使用者亦可不需透過控制器而直接控制多方向控制閥的連通狀態、電極溫度控制模組的加熱槽內的溫度、攪拌器的攪拌速度與流體驅動幫浦的轉速。
接下來，透過本發明之電極吸附染料方法的多個實施例說明本發明之本實施例的電極吸附染料裝置的操作方式，並且透過電極吸附染料方法的多個實施例與比較例說明本發明電極吸附染料方法的功效。請參照圖11A至11D，圖11A至圖11D為本發明一實施例之電極吸附染料裝置的作動流程圖。以下實施例中未吸附染料的二電極結構製作方法係將覆蓋有鉑層的導電玻璃(FTO)以及覆蓋有具散射功能的雙層二氧化鈦多孔結構的導電玻璃相對向設置，並以塗布於導電玻璃周緣的熱塑性材料將鉑層與二氧化鈦多孔結構密封於二導電玻璃之間。未吸附染料的二電極結構設置並固定於電極吸附染料裝置的電極治具，並使未吸附染料的電極結構的電極入口及電極出口分別對準並連通電極治具的入口與出口。
實施例一
首先進行氣相電極清潔步驟，如圖11A所示，控制多方向控制閥10呈第三連通狀態，使供氣模組60的氣體源610放出的氮氣透過非金屬管線依序經過多方向控制閥10、做為流體驅動幫浦710的蠕動幫浦、電極治具20的入口262、二電極之間的間隙、電極治具20的出口252與多方向控制閥10，最後由供氣模組60的排氣口620被抽出。於氮氣注入並流過二電極之間的間隙後，接著停止注入氮氣並將二電極之間的間隙抽至真空。注入氮氣至二電極之間的間隙以及將二電極之間的間隙抽至真空的流程交替進行數次。
接著進行染料吸附步驟，如圖11B所示，控制多方向控制閥10呈第一連通狀態，使染料槽40中的染料，由染料出口421透過非金屬管線依序經過多方向控制閥10、做為流體驅動幫浦710的蠕動幫浦、電極治具20的入口262、二電極之間的間隙、電極治具20的出口252與多方向控制閥10，最後由染料槽40的染料入口431回到染料槽40中。染料為cis-diisothiocyanato-(2,2’-bipyridyl-4,4’-dicarboxylic acid)-(2,2’-bipyridyl-4,4’-dinonyl) ruthenium(II) (Z907)(式I)、鵝去氧膽酸(Chenodeoxycholic Acid)溶於乙腈(Acetonitrile)與四丁基氫氧氣化銨(Tetrabutylammonium Hydroxide)中形成的染料溶液。進行染料吸附時，二電極的溫度為25℃。進行染料吸附的時間為24小時。當染料注入二電極之間的間隙時，蠕動幫浦為正向旋轉，藉此將染料經由多方向控制閥注入並流過二電極之間的間隙。當欲結束染料吸附步驟並回收染料至染料槽40中時，蠕動幫浦反向旋轉，由染料入口431吸取染料槽體410中的空氣以推動未被吸附的染料由染料出口421被回收至染料槽40中。
式I
接著進行液相電極清潔步驟，如圖11C所示，控制多方向控制閥10呈第二連通狀態，使清洗液槽50中的清洗液，由清洗液出口521透過非金屬管線依序經過多方向控制閥10、做為流體驅動幫浦710的蠕動幫浦、電極治具20的入口262、二電極之間的間隙、電極治具20的出口252與多方向控制閥10，最後由清洗液槽50的清洗液入口531回到清洗液槽50中。當清洗液注入二電極之間的間隙時，蠕動幫浦為正向旋轉，藉此將清洗液經由多方向控制閥注入並流過二電極之間的間隙。當欲結束液相電極清潔步驟並回收清洗液至清洗液槽50中時，蠕動幫浦反向旋轉，由清洗液入口531吸取清洗液槽體510中的空氣以推動清洗液由清洗液出口521被回收至清洗液槽50中。清洗液為乙腈。
接著進行氣相乾燥步驟，如圖11D所示，控制多方向控制閥10呈第三連通狀態，使供氣模組60的氣體源610放出的氮氣透過非金屬管線依序經過多方向控制閥10、做為流體驅動幫浦710的蠕動幫浦、電極治具20的入口262、二電極之間的間隙、電極治具20的出口252與多方向控制閥10，最後由供氣模組60的排氣口620被抽出。於氮氣注入並流過二電極之間的間隙後，接著停止注入氮氣並將二電極之間的間隙抽至真空。注入氮氣至二電極之間的間隙以及將二電極之間的間隙抽至真空的流程交替進行數次。
實施例二
實施例二的製造方法相似於實施例一，其差異僅在於實施例二為利用電極吸附染料裝置的五個電極治具同時進行電極吸附染料的流程，藉此批次製造樣品一至樣品五。
實施例三
實施例三的製造方法相似於實施例一，其差異在於實施例三為利用電極吸附染料裝置的五個電極治具同時進行電極吸附染料的流程，且進行染料吸附步驟的時間縮短為3小時，藉此批次製造樣品六至樣品十。
實施例四
實施例四的製造方法相似於實施例一，其差異在於實施例四重複多次實施例一之流程，使不同的染料經由不同的電極入口與電極出口依序吸附於導電玻璃上不同區域的多孔結構表面，藉此製得多彩化電極結構。
比較例一
比較例一係將實施例使用的覆蓋有具散射功能的雙層二氧化鈦多孔結構的導電玻璃以習用的染料槽浸泡法進行染料吸附。接著，將吸附有染料的電極與覆蓋有鉑層的導電玻璃相對向設置。接著，以塗布於導電玻璃周緣的熱塑性材料將鉑層與吸附有染料的二氧化鈦多孔結構密封於二導電玻璃之間。
比較例二
比較例二的製造方法相似於比較例一，其差異僅在於比較例二為利用染料槽同時浸泡五電極以進行電極吸附染料的流程，藉此批次製造樣品A至樣品E。
為了觀測實施例一至實施例四以及比較例一與比較例二全部樣品的染料吸附效果，全部樣品均按相同方式被組裝為光電池以進行電性量測。首先，將電解質由各樣品的電極入口或電極出口實施例四填入各樣品的二電極之間，再以紫外光固化材料密封電極入口與電極出口。使用的電解質為含有碘(I2
)與1-甲基-3-丙基碘化咪唑嗡(3-propyl-1-methylimidazolium iodide)溶於N-甲基苯并咪唑(N-methylbenzimidazole)與3-甲氧基丙腈(3-methoxypropionitrile)形成的溶液。
接下來，將實施例四填有電解質的各樣品組裝為光電池，並進行電池效能量測。使用的光源為模擬AM 1.5(Air Mass 1.5)，亦即是代表地表上太陽的平均照度，能量密度每平方公尺1000瓦特(1000 W/m2
)的模擬太陽光源。量測時，電池的溫度為25℃。量測結果如下表一至表五、圖12至圖14B所示。
表一為實施例一與比較例一的電極結構組裝為光電池後的量測結果。圖12為本發明實施例一與比較例一的電極結構組裝為光電池後的電壓對電流密度曲線圖。圖13A為本發明實施例一的電極結構組裝為光電池後的電流密度分布圖。圖13B為本發明比較例一的電極結構組裝為光電池後的電流密度分布圖。
表一 
實施例一透過將一染料注入並流過彼此相對向的二電極之間，使得染料被吸附於電極表面。由於已注入二電極之間的染料受到後續注入的染料推擠而進入電極表面的多孔結構中，且受到推擠的染料可克服自身表面張力的阻礙而進入孔徑較小的孔洞中，使電極吸附染料的總面積較大，且染料可均勻分布於不同孔徑的孔洞中。相對地，比較例一以習用的染料槽浸泡法進行染料吸附，染料僅透過擴散與毛細現象進入電極表面的多孔結構中，使得染料吸附的速度較慢且難以均勻分布於不同孔徑的孔洞中，進而使電極吸附染料的總面積偏低。因此，由圖12與表一中可見到，相較於比較例一的電極結構組裝之光電池，本發明實施例一的電極結構組裝之光電池具有較高的開路電壓、較高的短路電流密度、較高的填充因子與較高的效率。再者，由圖13A與圖13B可知，實施例一的電極結構組裝之光電池的電流密度分布較均勻，比較例一的電極結構組裝之光電池的電流密度分布較不均勻，說明了使用本發明實施例一的電極結構吸附染料的均勻性較佳。
表二為實施例二的樣品一至樣品五與比較例二的樣品A至樣品E組裝為光電池後的量測結果。
表二 
實施例二的樣品一至樣品五為利用本發明之電極吸附染料裝置進行批次製作所得到的電極結構。比較例二的樣品A至樣品E為利用習用的染料槽浸泡法進行批次製作所得到的電極結構。由表二可知，相較於用習用的染料槽浸泡法進行批次製作所得到的電極結構組裝之光電池，本發明之電極吸附染料裝置進行批次製作所得到的電極結構組裝之光電池具有較小的開路電壓變化率、較小的短路電流密度變化率與較小的電池效率變化率。故發明之電極吸附染料方法與電極吸附染料裝置可提升電極吸附染料效果的穩定性。
表三為實施例三的樣品六至樣品十組裝為光電池後的量測結果。
表三 
實施例三的樣品六至樣品十為利用本發明之電極吸附染料裝置進行批次製作並縮短電極吸附染料的時間所得到的電極結構。相較於表二中實施例二的樣品一至樣品五之未縮短電極吸附染料的時間所得到的電極結構組裝之光電池，實施例三的樣品六至樣品十的電極結構組裝之光電池的效能接近於實施例二的樣品一至樣品五的電極結構組裝之光電池的效能。故本發明之電極吸附染料方法與電極吸附染料裝置可縮短電極吸附染料所需的時間。
表四為實施例四組裝為光電池後的量測結果。圖14A為本發明實施例四的多彩電極結構的照片。圖14B為本發明實施例四的多彩電極結構組裝為光電池後的電流密度分布圖。
表四 
製備實施例四的多彩化電極結構時，使不同的染料經由不同的電極入口與電極出口依序吸附於導電玻璃上不同區域的多孔結構表面，藉此製得多彩化電極結構。如表四所示，實施例四的多彩化電極結構組裝之光電池可正常作用，其開路電壓為0.746伏特(V)，其短路電流密度為每平方公分9.305毫安培(mA/cm2
)，其填充因子為0.646，其電池效率為4.484%。如圖14A與圖14B所示，吸附不同染料的區域的電流密度呈均勻分布，說明不同的染料均勻吸附於導電玻璃上不同區域的多孔結構表面。故本發明之電極吸附染料方法與電極吸附染料裝置可用於製備多彩化染料敏化光電池之多彩化電極結構。
綜上所述，本發明所揭露之電極吸附染料方法及其裝置，透過將一染料注入並流過彼此相對向的二電極之間，已注入二電極之間的染料受到後續注入的染料推擠而加速進入電極表面的多孔結構中。再者，使用的染料量僅需可填滿二電極之間的間隙，不需再準備可將電極浸沒於其中的染料量。再者，受到推擠的染料可克服自身表面張力的阻礙而進入孔徑較小的孔洞中，使得染料可均勻分布於不同孔徑的孔洞中，藉此提升光電池的效率。
再者，於本發明所揭露之電極吸附染料方法及其裝置中，染料注入時承受的力量將染料推入電極表面的多孔結構中，透過控制注入染料的速度可調整染料進入電極表面的多孔結構的速度與量，使得批次製造的穩定性得到提升。
再者，本發明所揭露之電極吸附染料方法及其裝置可分別於電極的不同區塊注入不同的染料，故本發明所揭露之電極吸附染料方法及其裝置可用於製備多彩化電極。
雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。
1‧‧‧電極吸附染料裝置
10‧‧‧多方向控制閥
110‧‧‧本體
120‧‧‧氣體控制氣閥
130‧‧‧染料控制氣閥
140‧‧‧清洗液控制氣閥
111‧‧‧氣體注入流道
112‧‧‧氣體注入口
113‧‧‧染料注入流道
114‧‧‧染料注入口
115‧‧‧清洗液注入流道
116‧‧‧清洗液注入口
117‧‧‧電極注入流道
118‧‧‧電極注入口
121‧‧‧氣體注入控制空間
1211‧‧‧第一氣體注入控制空間
1212‧‧‧第二氣體注入控制空間
122‧‧‧氣體注入控制口
123‧‧‧氣體注入控制墊片
124‧‧‧染料注入控制空間
1241‧‧‧第一染料注入控制空間
1242‧‧‧第二染料注入控制空間
125‧‧‧染料注入控制口
126‧‧‧染料注入控制墊片
127‧‧‧清洗液注入控制空間
1271‧‧‧第一清洗液注入控制空間
1272‧‧‧第二清洗液注入控制空間
128‧‧‧清洗液注入控制口
129‧‧‧清洗液注入控制墊片
131‧‧‧氣體回收流道
132‧‧‧氣體回收口
133‧‧‧染料回收流道
134‧‧‧染料回收口
135‧‧‧清洗液回收流道
136‧‧‧清洗液回收口
137‧‧‧電極回收流道
138‧‧‧電極回收口
141‧‧‧氣體回收控制空間
1411‧‧‧第一氣體回收控制空間
1412‧‧‧第二氣體回收控制空間
142‧‧‧氣體回收控制口
143‧‧‧氣體回收控制墊片
144‧‧‧染料回收控制空間
1441‧‧‧第一染料回收控制空間
1442‧‧‧第二染料回收控制空間
145‧‧‧染料回收控制口
146‧‧‧染料回收控制墊片
147‧‧‧清洗液回收控制空間
1471‧‧‧第一清洗液回收控制空間
1472‧‧‧第二清洗液回收控制空間
148‧‧‧清洗液回收控制口
149‧‧‧清洗液回收控制墊片
20‧‧‧電極治具
210‧‧‧第一板體
211‧‧‧第一掛勾
220‧‧‧第二板體
221‧‧‧第二掛勾
230‧‧‧第一導引柱
240‧‧‧第二導引柱
250‧‧‧第一夾塊
251‧‧‧第一穿孔
252‧‧‧出口
253‧‧‧電極回收口
260‧‧‧第二夾塊
261‧‧‧第二穿孔
262‧‧‧入口
263‧‧‧電極注入口
270‧‧‧第一調整螺絲
280‧‧‧第二調整螺絲
30‧‧‧電極溫度控制模組
310‧‧‧加熱槽
311‧‧‧槽底面
312‧‧‧槽壁面
313‧‧‧開口
320‧‧‧加熱板
330‧‧‧槽內支架
340‧‧‧槽外支架
350‧‧‧蓋板
40‧‧‧染料槽
410‧‧‧染料槽體
411‧‧‧染料槽觀測窗
412‧‧‧染料取樣口
420‧‧‧染料出口管
421‧‧‧染料出口
430‧‧‧染料入口管
431‧‧‧染料入口
440‧‧‧攪拌器
441‧‧‧驅動馬達
442‧‧‧攪拌頭
443‧‧‧轉軸
450‧‧‧染料槽洩壓閥
50‧‧‧清洗液槽
510‧‧‧清洗液槽體
511‧‧‧清洗液槽觀測窗
512‧‧‧清洗液取樣口
520‧‧‧清洗液出口管
521‧‧‧清洗液出口
530‧‧‧清洗液入口管
531‧‧‧清洗液入口
540‧‧‧清洗液槽洩壓閥
60‧‧‧供氣模組
610‧‧‧氣體源
620‧‧‧排氣口
70‧‧‧流體輸送模組
710‧‧‧流體驅動幫浦
720‧‧‧第一分接器
730‧‧‧第二分接器
740‧‧‧壓力感知器
80‧‧‧控制器
90‧‧‧機體
910‧‧‧承載面
920‧‧‧側面
10‧‧‧多方向控制閥
110‧‧‧本體
120‧‧‧氣體控制氣閥
130‧‧‧染料控制氣閥
140‧‧‧清洗液控制氣閥
111‧‧‧氣體注入流道
112‧‧‧氣體注入口
113‧‧‧染料注入流道
114‧‧‧染料注入口
115‧‧‧清洗液注入流道
116‧‧‧清洗液注入口
117‧‧‧電極注入流道
118‧‧‧電極注入口
121‧‧‧氣體注入控制空間
1211‧‧‧第一氣體注入控制空間
1212‧‧‧第二氣體注入控制空間
122‧‧‧氣體注入控制口
123‧‧‧氣體注入控制墊片
124‧‧‧染料注入控制空間
1241‧‧‧第一染料注入控制空間
1242‧‧‧第二染料注入控制空間
125‧‧‧染料注入控制口
126‧‧‧染料注入控制墊片
127‧‧‧清洗液注入控制空間
1271‧‧‧第一清洗液注入控制空間
1272‧‧‧第二清洗液注入控制空間
128‧‧‧清洗液注入控制口
129‧‧‧清洗液注入控制墊片
131‧‧‧氣體回收流道
132‧‧‧氣體回收口
133‧‧‧染料回收流道
134‧‧‧染料回收口
135‧‧‧清洗液回收流道
136‧‧‧清洗液回收口
137‧‧‧電極回收流道
138‧‧‧電極回收口
141‧‧‧氣體回收控制空間
1411‧‧‧第一氣體回收控制空間
1412‧‧‧第二氣體回收控制空間
142‧‧‧氣體回收控制口
143‧‧‧氣體回收控制墊片
144‧‧‧染料回收控制空間
1441‧‧‧第一染料回收控制空間
1442‧‧‧第二染料回收控制空間
145‧‧‧染料回收控制口
146‧‧‧染料回收控制墊片
147‧‧‧清洗液回收控制空間
1471‧‧‧第一清洗液回收控制空間
1472‧‧‧第二清洗液回收控制空間
148‧‧‧清洗液回收控制口
149‧‧‧清洗液回收控制墊片
20‧‧‧電極治具
210‧‧‧第一板體
211‧‧‧第一掛勾
220‧‧‧第二板體
221‧‧‧第二掛勾
230‧‧‧第一導引柱
240‧‧‧第二導引柱
250‧‧‧第一夾塊
251‧‧‧第一穿孔
252‧‧‧出口
253‧‧‧電極回收口
260‧‧‧第二夾塊
261‧‧‧第二穿孔
262‧‧‧入口
263‧‧‧電極注入口
270‧‧‧第一調整螺絲
280‧‧‧第二調整螺絲
30‧‧‧電極溫度控制模組
310‧‧‧加熱槽
311‧‧‧槽底面
312‧‧‧槽壁面
313‧‧‧開口
320‧‧‧加熱板
330‧‧‧槽內支架
340‧‧‧槽外支架
350‧‧‧蓋板
40‧‧‧染料槽
410‧‧‧染料槽體
411‧‧‧染料槽觀測窗
412‧‧‧染料取樣口
420‧‧‧染料出口管
421‧‧‧染料出口
430‧‧‧染料入口管
431‧‧‧染料入口
440‧‧‧攪拌器
441‧‧‧驅動馬達
442‧‧‧攪拌頭
443‧‧‧轉軸
450‧‧‧染料槽洩壓閥
50‧‧‧清洗液槽
510‧‧‧清洗液槽體
511‧‧‧清洗液槽觀測窗
512‧‧‧清洗液取樣口
520‧‧‧清洗液出口管
521‧‧‧清洗液出口
530‧‧‧清洗液入口管
531‧‧‧清洗液入口
540‧‧‧清洗液槽洩壓閥
60‧‧‧供氣模組
610‧‧‧氣體源
620‧‧‧排氣口
70‧‧‧流體輸送模組
710‧‧‧流體驅動幫浦
720‧‧‧第一分接器
730‧‧‧第二分接器
740‧‧‧壓力感知器
80‧‧‧控制器
90‧‧‧機體
910‧‧‧承載面
920‧‧‧側面
圖1為本發明一實施例之電極吸附染料方法的流程圖。 圖2A與圖2B為本發明一實施例之電極吸附染料裝置於不同視角的立體圖。 圖3為本發明一實施例之電極吸附染料裝置的俯視圖。 圖4為本發明一實施例之電極吸附染料裝置隱去支架與蓋板的立體圖。 圖5A為本發明一實施例之電極吸附染料裝置的多方向控制閥的立體分解圖。 圖5B為圖5A的多方向控制閥的本體的立體透視圖。 圖6為本發明一實施例之電極吸附染料裝置的多方向控制閥的部分剖視圖。 圖7為本發明一實施例之電極吸附染料裝置的電極治具與電極溫度控制器的部分剖視圖。 圖8為本發明一實施例之電極吸附染料裝置的電極治具的立體分解圖。 圖9為本發明一實施例之電極吸附染料裝置的染料槽的立體分解圖。 圖10為本發明一實施例之電極吸附染料裝置的清洗液槽的立體分解圖。 圖11A至圖11D為本發明一實施例之電極吸附染料裝置的作動流程圖。 圖12為本發明實施例一與比較例一的電極結構組裝為光電池後的電壓對電流密度曲線圖。 圖13A為本發明實施例一的電極結構組裝為光電池後的電流密度分布圖。 圖13B為本發明比較例一的電極結構組裝為光電池後的電流密度分布圖。 圖14A為本發明實施例四的多彩電極結構的照片。 圖14B為本發明實施例四的多彩電極結構組裝為光電池後的電流密度分布圖。
Claims (19)
- 一種電極吸附染料裝置，其包含有：一多方向控制閥，具有一第一連通狀態與一第二連通狀態；一電極治具，具有一入口與一出口，該電極治具用以固定彼此相對向之二電極，並使該入口、該出口與該二電極之間的間隙相連通；一染料槽，具有一染料出口與一染料入口；一流體驅動幫浦，位於該電極治具與該多方向控制閥之間；以及一清洗液槽，具有一清洗液出口與一清洗液入口；其中，於該第一連通狀態，該染料出口透過該多方向控制閥與該入口相連通，該染料入口透過該多方向控制閥與該出口相連通，於該第二連通狀態，該清洗液出口透過該多方向控制閥與該入口相連通，該清洗液入口透過該多方向控制閥與該出口相連通。
- 如請求項1所述之電極吸附染料裝置，更包含一氣體源與一排氣口，該多方向控制閥更具有一第三連通狀態，於該第三連通狀態，該氣體源透過該多方向控制閥與該入口相連通，該排氣口透過該多方向控制閥與該出口相連通。
- 如請求項1所述之電極吸附染料裝置，更包含一控制器，該控制器控制該多方向控制閥交替呈該第一連通狀態與該第二連通狀態。
- 如請求項1所述之電極吸附染料裝置，其中該染料槽包含一染料槽體以及設置於該染料槽體的一染料出口管與一染料入口管，該染料出口位於該染料出口管，該染料出口管的一端開口於該染料槽體內的一染料中，該染料出口管的相對另一端與該多方向控制閥相連通；該染料入口位於該染料入口管，該染料入口管的一端開口於該染料槽體內且與該染料保持一距離，該染料入口管的相對另一端與該多方向控制閥相連通。
- 如請求項1所述之電極吸附染料裝置，其中該清洗液槽包含一清洗液槽體以及設置於該清洗液槽體的一清洗液出口管與一清洗液入口管，該清洗液出口位於該清洗液出口管，該清洗液出口管的一端開口於該清洗液槽體內的一清洗液中，該清洗液出口管的相對另一端與該多方向控制閥相連通；該清洗液入口位於該清洗液入口管，該清洗液入口管的一端開口於該清洗液槽體內且與該清洗液保持一距離，該清洗液入口管的相對另一端與該多方向控制閥相連通。
- 如請求項1所述之電極吸附染料裝置，更包含一攪拌器，該攪拌器位於該染料槽中以攪拌該染料槽中的一染料。
- 如請求項1所述之電極吸附染料裝置，其中該染料槽具有一染料槽觀測窗及一染料取樣口，該染料槽觀測窗用以觀測該染料槽中之染料量。
- 如請求項1所述之電極吸附染料裝置，更包含一電極溫度控制模組，該電極溫度控制模組熱接觸該電極治具，以控制該二電極之溫度。
- 一種電極吸附染料之方法，適用於一光電池之電極，包含：進行一染料吸附步驟，將一染料注入並流過彼此相對向的二電極之間。
- 如請求項9所述之電極吸附染料之方法，其中該染料吸附步驟包含：一染料注入步驟，該染料正向注入並流過彼此相對向的該二電極之間；以及一染料排空步驟，該染料自該二電極之間被反向排出。
- 如請求項9所述之電極吸附染料之方法，其中於該染料吸附步驟中，該二電極的溫度為20℃至60℃。
- 如請求項9所述之電極吸附染料之方法，更包含於該染料吸附步驟之前，進行一氣相電極清潔步驟，該氣相電極清潔步驟包含：進行一清潔氣體注入步驟，將一清潔氣體注入並流過該二電極之間；以及於進行該清潔氣體注入步驟後，進行一清潔氣體抽出步驟，將該二電極之間的該清潔氣體抽出使該二電極之間維持真空狀態。
- 如請求項12所述之電極吸附染料之方法，其中該清潔氣體注入步驟與該清潔氣體抽出步驟交替進行。
- 如請求項9所述之電極吸附染料之方法，更包含進行一液相電極清潔步驟，將一清洗液注入並流過吸附該染料的該二電極之間。
- 如請求項14所述之電極吸附染料之方法，其中該液相電極清潔步驟包含：一清洗液注入步驟，該清洗液正向注入並流過吸附該染料的該二電極之間；以及一清洗液排空步驟，該清洗液自吸附該染料的該二電極之間被反向排出。
- 如請求項14所述之電極吸附染料之方法，其中透過一流體驅動幫浦將該染料經由一多方向控制閥注入並流過該二電極之間，接著透過該流體驅動幫浦將該清洗液經由該多方向控制閥注入並流過吸附該染料的該二電極之間。
- 如請求項14所述之電極吸附染料之方法，更包含於該液相電極清潔步驟之後，進行一氣相乾燥步驟，該氣相乾燥步驟包含：進行一乾燥氣體注入步驟，將一乾燥氣體注入並流過吸附該染料的該二電極之間；以及於進行該乾燥氣體注入步驟後，進行一乾燥氣體抽出步驟，將該二電極之間的該乾燥氣體抽出使吸附該染料的該二電極之間維持真空狀態。
- 如請求項17所述之電極吸附染料之方法，其中該乾燥氣體注入步驟與該乾燥氣體抽出步驟交替進行。
- 如請求項9所述之電極吸附染料之方法，其中該染料包含以釕或鋅為中心，且具有捐贈電子基、π鍵及接受電子基之有機金屬錯合物。
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