Effects of 3D printer parameters on conductivity of Nano-titanium dioxide on electrode solar cells - Krairop Charoensopa (Chulalongkorn University, 2019)
การประกอบขึ้นรูปสารนำไฟฟ้าบนอิเล็กโทรดของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ด้วยเทคนิคการพิมพ์ เริ่มได้รับความนิยมอย่างต่อเนื่อง โดยเฉพาะเทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติแบบขึ้นรูปด้วยวัสดุเหลว หรือที่เรียกว่า Liquid Deposition Modelling (LDM) กำลังได้รับความสนใจในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ งานวิจัยนี้ได้ประยุกต์นำเทคโนโลยีสามมิติแบบ LDM ไปใช้ผลิตเซลล์สุริยะชนิดสีย้อมไวแสง (Dye Sensitized Solar Cell, DSSC) ด้วยการประกอบขึ้นรูปฟิล์มบางนาโนไททาเนียมไดออกไซด์ (TiO₂) บนแผ่นอิเล็กโทรดหรือขั้วไฟฟ้าแอโนด ศึกษาผลของพารามิเตอร์ในการตั้งเครื่องพิมพ์สามมิติได้แก่ ขนาดหัวพ่น (nozzle) ความเร็วในการพิมพ์ แรงดันลม และระยะหัวพ่นกับผิวอิเล็กโทรด ต่อคุณภาพของฟิล์มบาง TiO₂ และค่าความต้านทานการนำไฟฟ้า เพื่อให้สามารถนำไปใช้ผลิตเซลล์สุริยะชนิดสีย้อมไวแสงต่อไปได้ การทดลองนี้เริ่มด้วยการนำสาร nano-TiO₂ PST-18NR (P25) สำเร็จรูป ไปหาอัตราส่วนที่เหมาะสมกับสารละลายเอทานอล 99.5% วัดค่าการไหลของสารตัวอย่าง ทำการทดสอบพิมพ์ด้วยการตั้งค่าพารามิเตอร์ของเครื่องพิมพ์ที่ต่าง ๆ กัน นำแผ่นชั้นฟิล์มบางที่ได้ไปอบที่อุณหภูมิ 500 องศาเซลเซียส ทำการวิเคราะห์หาความสม่ำเสมอ ความหนา ความหยาบของผิว ภาวะแตก (cracking) และค่าความต้านทานการนำไฟฟ้า ของแผ่นตัวอย่างที่ประกอบขึ้นรูป ผลการทดลองพบว่า สมบัติสภาพการไหลของสาร TiO₂ มีผลต่อการการตั้งค่าพารามิเตอร์ของเครื่องพิมพ์ ที่จะทำให้เกิดแรงในการพ่นสาร TiO₂ อยู่ในปริมาณที่เหมาะสม ได้ความหนาของชั้นฟิล์มที่คุณภาพดีและไม่เกิดการแตก ให้ค่าความต้านทานการนำไฟฟ้าระหว่าง 5.10 -5.77 MΩ/Sq. และนำไปขึ้นรูปเป็นเซลล์ DSSC ได้ สภาวะการพิมพ์นี้ยังมีข้อจำกัดที่ได้ความหนาเพียง 6 ±0.25 µm และการพิมพ์หลายชั้นไม่มีผลต่อการเพิ่มความหนาของชั้นฟิล์มอย่างมีนัยสำคัญ ให้ค่าประสิทธิภาพของการเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้า 4 % ที่น่าสนใจคือ การศึกษานี้มีความเป็นไปได้ในการออกแบบชั้นฟิล์มให้มีรูปร่างต่าง ๆ เมื่อนำไปประกอบขึ้นเป็น DSSCs วัดค่าประสิทธิภาพของการเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าได้ที่ค่าเฉลี่ย 3%