Int ern at i onal  Journ al of Ele ctrical  an d  Co mput er  En gin eeri ng   (IJ E C E)   Vo l.   10 ,  No.   3 ,  June   2020 ,  pp.  2926 ~ 2933   IS S N:  20 88 - 8708 ,  DOI: 10 .11 591/ ijece . v 10 i 3 . pp2926 - 29 33           2926       Journ al h om e page :  http: // ij ece.i aesc or e.c om/i nd ex .ph p/IJ ECE   Enh ancing DSS C conve rsio n  efficien cy by ozone - treated  TiO 2   ph otoanode and  optimu m CNT/ PDDA coun ter electr ode        Yo s hiki  Ku ro ka w a,  Dang T rang  Nguy e n, Ryot a Fujim oto , Koz o  Ta guchi   Depa rtment  o f  S ci en ce a nd  Enginee ring ,   R it sum ei kan   Univer sit y ,   Japa n       Art ic le  In f o     ABSTR A CT    Art ic le  history:   Re cei ved   A pr   14 , 201 9   Re vised  N ov   2 3 ,   2019   Accepte d  Dec  6,   2019     The   conv ersion  eff iciency   of  d ye - sensitized  sol a r  ce l ls  (DS SC s)  depe nds  on   the   p erf orm ance   of  the  photoa no de  and   th e  coun te r  elec trod e.  In   thi s   pape r ,   UV - ozone   treat m ent   has  bee n   appl i ed  to  the  photoa node   to   cl e an  an d   inc re ase   the  h y d rophil icit y   of  the  pho toa nod e.  As   a  result,  the  d y e   adsorpti on   ca pa ci t y   w as  improved.   Also,   lo w - cost  m ult iwalled  c arb on  n ano tube   (CNT)   combined  wi th  p ol y   (di al l y l   d ime th y la m m onium  chl orid e)  (PD DA )  was  used   to  f abr icat e   the  count er   el e ct rod e.  Th e   CNT/PDD A  count er   ele ct rode   was   o pti m iz ed  to  m axi m iz e  it s  per form anc e .   B y   using  the   o zone - tr ea t ed   photoa node   and   opti m um   CNT /PDD A  count er   elec trode,  th e  conve rsion   eff iciency   has   in cre ase d   b y   about 64%.   Ke yw or d s :   CNT/PD D A   DS SC   Ele ct ro ph or esi s d e posit ion   Mult il ay er,    Ozone t reatm e nt    Copyright   ©   202 0   Instit ut e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .    Al l   rights re serv ed .   Corres pond in g  Aut h or :   Ko z o Tag uc hi ,    Dep a rt m ent o f El ect rical  an d  Com pu te r  E ng i neer i ng ,   Ri tsu m ei kan  Unive rsity ,   1 - 1 - 1 N oj i - hi ga sh i,  K us at su,  Sh iga , J a pa n.   Em a il :  ta gu chi@se. ritsum ei .a c.jp       1.   INTROD U CTION     Nowa days,   en vir on m ental   pr ob le m s  cause d  by   f os sil   f uels  hav e   bee n  e m erg in g  a r ound  t he   w or l d.   Re new a ble  en erg ie s  rep la ci ng   fossil   fu el - base d  e nergi es  are  ex pect ed  to  be  a  vital   so luti on   [1 – 3] .   Fo r   e xam ple,  wind  powe r,   hy dr a ulic  powe r,   s olar   po wer,   ge oth e rm al   po we r.  Am ong  them ,  so la r  power  is   receive d  m or e   an d  m or e  at t ention.   S olar   cel ls  are   de vic es  that   c onvert   so la r  e ne rg y   int o  el ect ric   powe r.   The  pr im ary  com m ercial   so la r  cel l  is  sil ic on  ty pe,   wh ic h  produces  hi gh  co nversi on  eff ic ie ncy  bu t  high  pro du ct io n  c ost .  DS SC  was  i nv e nted  i n  19 91  [ 4] ,  w hich  ge ner al ly   co ns is ts  of   a  dye - se nsi ti zed  TiO 2   thin  fi l m   photo a node ,  a n  el ect r olyt e,  and  a  c ounte r  el ect ro de .  T he   phot oa node  i s  usual ly   m ade  by  c oatin g  TiO 2   on   a  trans par e nt  f luorine - dope d  SnO 2   coate d  gl ass  (F T O) .  D SSC  has  s om e   adv a ntage s  suc h  as  lo w  pr oducti on   cost, less  to xic  m anu fact ur i ng,  and lig htwei ght  [5 – 7] .     The  c onversi on  ef fici ency  of  DSSC s  de pe nd s  on  the  qual it y  of   the  dy ed  TiO 2   photo a no de  an d    the  cat al yt ic   act ivit y  of   the   counter   el ect rode.  The   ph otoa node  t hin - film   need s  to  be   in  good  qual it y  su ch     as  un if orm   t hick ness,  sm oo th   s urface  witho ut   crac ks,  a nd  high   hydro phil ic it y .   UV - oz one  t r eatm ent    (o z one  treat m e nt)  is   kn own   a s  a  m et ho d  f or   rem ov in g  org anic  m at te rs  and  im pr ov i ng  t he  hydro phil ic it y  of   su bst rates  [ 8,  9] .  O rganic   m at te rs  rem ai nin g  in  the   TiO 2   ph oto a node   i m ped e  the   dye  ads orpti on.   W it h  t he  oz one  treat m ent,  th e  hy drophili ci ty   of  the   TiO 2   phot oano de  is   im p rove d  by  form ing  f un ct i on al   gro up s   ( - CO O H, - C O O, - C O, - OH).   More ov e r,   plati nu m   (P t)  is  usual ly   util iz ed  to  fa br ic at e  th e  counter  el ect rode   of   DS SC s  due  to  it s   high  act ivit y  in  re dox - r eact io n  a nd  supe rior  el ect ro cat al yt ic  act ivit y  [10 – 12] .  Ne ve rthele ss,  Pt  is  a   ra re  m et a l   and  high  c os t   [ 13] .  T her e f ore,   lo w - c os t  s ub sti tute   m at e rial s  with   relat ively   com par able  perform a nce  a r e   need e d.  O ne  prom isi ng   al te r native  is  m ultiw al le d  ca rbo n  na no t ub e   (C NT),  wh ic h  ha s  ad va ntages  of  la r ge   su r face  ar ea,  high  el ect rical   cond uctivit y,  low  c os t,  a nd  chem ic al   st abili ty   [14 – 16] .  In   a dd it io n,  PDD A     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       En hancin g D SSC c on ver sio n ef fi ci ency b y  ozone - tre ated Ti O2 ph oto anod e and …  ( Yo s hi ki  Kuro k aw a )   2927   (d ia ll yl   di m eth yl a m m on ium   chlo ride )   ha s  a  pro per ty   of   el ect r on - withdra wal  from   CNT.  Th eref or e ,   the  c om po sit e  of   CNT/P D DA  c ou l d  be   use d  to   im pr ove   the   pe rfor m ance  of  t he  c ounte r  el ect rode     in  D SSCs  [ 16] .  T he  pr es e nt  stu dy  is  f ocused   on  e nhanc i ng  the   c onve rsion  e ff i ci ency  of  the   DSSC    by  co nducti ng  ozone   trea t m ent  of   t he   TiO 2   photo a node   to  im pr ove   it s   dye  a dsor ptio n  ca pac it y,     and  opti m izing   the   CNT/ PDDA   c ounter  el ect rode.  In  the   previ ou s   stu dy ,  we  ha ve  c onfirm ed  the   posit ive   ef fects  of   C N T/PDDA   c om bin at io n  on   t he  perform ance  of   t he  c ounter  el ect r od e   of   t he  DS S C  [16] .    In this  pap e r , n ov el   res ults arc h ive d by opti m iz ing  the   CNT/ PDDA  cou nter  elec tro de  a re  presente d.       2.   RESEA R CH MET HO D     2.1.   M ateri als   P25  TiO 2  pow der   (parti cl e  siz e  ~20   nm )  w as  purc hase d  f ro m   Aer osi l  Co.,   Ltd.  M ulti wall ed  CN T   coati ng  li quid   N 7006L   was   pu rch ase d  f r om   KJ  Sp eci al ty   Paper  C o.,   Ltd. ,  w hich   co ntains   6.1   wt%   m ul ti wall ed  CNT  with  a n  a ver a ge  diam eter   of  9.5  nm  an d  le ngth   of  1.5   µm   [ 17] .  96  wt%   et hanol ,   po ly et hyle ne   glyc ol  ( PE G,   aver a ge  m olecular  1500 ),   1.2 - dim et hyl - 3 - pro pylim idazoli um   iod ide,   tol uen e ,     and   acet on it ril e  wer e  purc ha sed  f ro m   W ak o  P ur e  C hem ical  Indu st ries  L td.  20  wt%  P DDA  s olu ti on,   Lil ,  I 2 ,    4 - te rt - buty lpyr idine,  a nd  MK 2  dye  (2 - Cy an o - 3 - [ 5’’’ - (9 - et hyl - 9H - ca r baz ol - 3 - yl) - 3’, 3’’,3’ ’’,   4 - te tra - n - hex yl - [2,2’, 5’,2 ” ,5 ” ,2”’] - quarte rthioph e n - 5 - yl ]   acryl ic   aci d)   we re  pu rch as ed   from   Sigm a   Aldri ch  C o.  LLC .   Deio nized wat er  was purc has ed fr om  Mon ot aR O   Co ., Lt d .   All t he  c hem icals w ere   use d a s r ecei ve d.     2.2 .  F ab ri ca ting   th e  ph oto anode   Com par ed  to  oth e r  thin - film   coati ng   m et ho ds   su c h  as  s pin   c oatin g  [ 18] ,  sputt erin g  [13] ,  doct or -   blade  [19] ,  el ect rophor e sis  deposi ti on  m e thod  (E PD)  ha s  the  ad va ntages  of   lo w - c os t  eq uip m ent,  shor t   depositi on  ti m e,  high  repr oducibili ty ,  an d  con t ro ll able   th ic kn ess   [ 20] .  Ther e f or e,   in   t his  researc h,  E PD  wa s   util iz ed  to  fa br ic at e  bo th  the  photo a node s  a nd   c ounte r  el ect rodes.   T o  pr e par e   TiO 2   colloid  s olu ti on  f or   EP D,  0.2 g   P 25 p ow der  an d  0.2 g  P EG  wer e   m ixed  in   40   m l  et ha no l  at   the  s pee d  of  70 0  r pm   fo r   24 h  b y  a  m agn et ic   sti rr er.  A n  al um inu m   plate   ( 20   ×   20  ×   1  m m )  and   an  FT O  gl ass  (20  ×   20   ×   1.8  m m )  wer e  us e d  as  t he  EP D   cat hode  a nd  E PD   a node ,  r es pecti vely .  T he y  wer e   place d  in  par al le l  int o  the   pre par e d  TiO 2   s olu ti on  wit h   a  10   m m   distance  bet wee n  the   tw o  el ect rodes  as  s how n  in  Fig ur e   1.   A   c onsta nt  cu rr e nt  of  0.1 2  m A  from   a  curren t  s ourc e  (R6144,  A dvantest )  was  a ppli ed  to  the  t w o  el ect rodes.   T o  m ake  f our - la ye r  thin  film ,  EPD  was  c onduct ed   four  tim es  with  25  s  e ach  ti m e  fo ll ow e d  by   60 o C  dr yi ng  for  60  s .  A fter  that,  the  as - fa bri cat ed  TiO 2   thin  fil m s  were  an nealed  by  an  el ect ric  f urna ce  ( SMF - 1,   Asone )  at   40 0  o C  (5   o C/ m in ute  heati ng  rate)     for  60   m inu te s.  Af te r   a nneal ing,  t he   ph oto a nodes   wer e   tre at ed  by  a   UV - ozone   cl eane r   (UV25 3E,  Fil gen)    with  treat in g  wav el e ng t h  at   185  nm   and   254  nm .  The   ozone   treat m e nt  ti m e  was  24  h.  Th e  thic kness  of    the ph oto a node s w as  abo ut 15  µm .           Figure  1.  EP D set up for fa br ic at ing  the  ph otoa node       In   DSSC   rese arch,  as  se ns it iz er  dyes,  ru t he niu m - based  dy es  are  usual ly   us ed  beca use   ru t hen i um   dyes  ca n  a bsor b  broa d  li ght   band;  as   a  res ult,  they   reali ze  hi gh  co nvers ion  ef fici ency.   H ow e ve r,   high - c ost   m at erial   and  e nv i ronm ental   ha zard s   a re  s ome   pro blem s  of  r uth e niu m - base d  dyes.   T her e f or e ,  researc he r s  ha ve  been  try in g  to   fin d  lo w - c os t  a nd  en vir onm ental ly - fr ie nd ly   dy es  for  rep la ci ng  r uth e niu m - base d  dyes  [21 – 23] .  In   this  resea rc h,   orga nic  MK 2  dye  was  use d,   wh ic h  is  an   env i ronm entally - fr ie ndly   dye .  The  se ns it iz er  dye  so luti on  c onsis te d  of  10  m g  MK2   dye  diss olv e d  i n  108  m l  toluene.  T he  pr e pa red  TiO 2   phot oano des  we re   so a ked   in  t he  dye  so luti on  at   25   o C   f or   3  h.   Af te r  that,  t he ir  su r faces  were  rinse d  by  tol uen e  a nd  dei oniz ed   wa te r  c onti nuously . T hen, the  d ye d p hotoa node s were  dri ed  at   80  o C   in a   dr yi ng  oven  fo r 10 m inu te s.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  10 , No .  3 ,  J une   2020   :    292 6   -   293 3   2928   2.3.   F ab ri ca ting   th e  co unt e r ele ctrode   To   fa br ic at e  the  c ounter   e le ct ro de ,  a n  al umi nu m   plate   ( 40 × 20 × 1  m m )  and  a n  FT O  glass     (40× 20 × 1.8   m m )  wer e   use d  as  the   E PD  a node   a nd  EP D  cat hode,  re sp e ct ively .  T he  t wo  el ect r od e s  wer e   se t     a t  9  m m   distance  as   s hown  in  Fig ure   2.   C on sta nt  3  V  from   a  power  s ource  (AD - 87 23D)  was  a pp l ie d  on     the  tw o  el ect rodes  a nd  EP D  ti m e  was  90  s .  First,  t he  c ount er  e le ct r od e   usi ng  only   CN T  ( CNT   coati ng  li qu id   was   us e d  direc tl y  for  EP D)  w as  f ab ricat ed.  Af te r   E PD  t he  as - fa br ic at e d  c ounter   el ect r ode  w as  dri ed   at   room   tem per at ur e  f or  24  h.   This  c ounter  el ect r od e  is  cal le d  the  CNT  c ounter  e le ct ro de .  Sec ond,  the  C NT/P DDA   co unte r  el ect r ode  wa s  fa br ic at ed.   T he  pr e parat ion   fl ow   of  the  CNT/P D D A  s olu ti on  use d  f or  EP D  is  s how n  in   Figure   3.   20   w t%   PDD A  s olut ion   was  dilute d  i n  deio nized   water  t o  obta in   1  wt%   P DDA   so l ution.  Af te r   that,  CNT  c oatin g  li qu i d  a nd  1  wt%  P DDA  s olu t ion   we re  m ixed  with  fi ve  dif f eren t  rati os   of  CNT/PD D A= 5~ 15 / 1  to  obta in  fi ve   CNT/PD D A  so luti ons  for  cond ucting  E PD .  The  EP D   process  was   the  sam e  as   above.     T he  as - fa br ic a te d  CNT/P DDA  co unte r  el e ct rodes  we re  dr ie d  at   r oo m   tem per at ur e  f or   24  h.   T his  counter   el ect ro de   is  cal le d  CNT/P D D A  c ounter   el ect rodes.   T he  thic kn e ss  of  these  counter   el ect rodes  was  i n  the   range   of  10~ 13 µm .               Figure  2.   EP D set up for fa br ic at ing  the  c ount er elect r od e   Fig ure  3.   The   pr e par at io n flo w of  C NT/P D DA  so luti ons  us e d for  fabrica ti ng  CNT/PD D A  counter  elec tro des       2.4.  D SS  c on s truct i on   In  this   resea rc h,  we   us ed   t he   acet onit rile   so lve nt - base d  el ect ro ly te ,  w hich   co ns ist ed   of  0.6   M     1.2 - dim et hyl - 3 - pro pylim idazoli um   iod ide ,  0.1  M   Lil ,   0.2   M  I 2 ,  a nd  0.5   M  4 - te rt - buty lpyridi ne.   T he  DS SC   was  a ssem bled   us i ng  the   two  fa br ic at ed   el e ct rodes   a nd  t he   el ect ro ly te .  As  s how n  in   F igure  4 ,   m asking  ta pe   m ade  of  3M  t ape   (~  45  µm   thick ness)   wa s  cut   a  25   mm 2   square   hole ,   the n   a dh e red  to  t he   photo a node .    A  su it able   am ou nt   of  the   el ect ro ly te   was   dr oppe d   on  the   act ive  a rea ,  a nd  t he  co unte r   el ect rode   was   pu t   on   t op  of   this   a rea .  T wo  binder   cl ip s  wer e   us ed   t o  cl am p  the   cel l  f or  m easur e m ent.  I n  this   work,   we   fo c use d  on   fin ding  the   optim u m   con diti on s   of  the  ph oto a node   an d  counter   el ect r od e   f or  im pr ovin g  t he  c onve rsion   eff ic ie ncy  of   t he  DS SC.  To  s ave  ti m e  and   lowe r  the   cost  of   t his  resea rc h ,  t he  D SSC  w as  m ade   fo r  short - ti m e   m easur em ent only .           Figure   4 .  DSS C   co ns tr uction   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       En hancin g D SSC c on ver sio n ef fi ci ency b y  ozone - tre ated Ti O2 ph oto anod e and …  ( Yo s hi ki  Kuro k aw a )   2929   2.5.   C ha r ac te ri z at ion me thod   The  t hick ness   of  the   ph oto an ode  a nd  counter   el ect r od e   we re  m easur e d  by  a  ste p  gauge     (Br uk e r  D ekta kXT).  Th e   ph ot oanod e   surfac e  was  obser ved  by  a  sca nn i ng  elec tron   m ic rosco pe  (SEM ,  Hita chi   S4300).  T he  a bs or ban ce  s pec trum   of   the  ph oto a node  was  m easur ed  by  a   sp ect r ophoto m et er  (S him adzu   U V - 3600) .  T he  op en - ci rc uit  vo lt age  (V oc ),  sho rt - ci rc uit  cu rr e nt  den sit y  (J sc ),   fill   facto r  ( FF) ,   a nd  c onve rsion   eff ic ie ncy  ( η )   of  the  fabrica te d  DS SC   we r e  m easur ed  w it h  a  s olar  si m ula t or   ( O AI  TriS OL)  sim ulati ng   the  s un li ght  ( AM1.5,   10 0  m W /cm 2 ).   For   each  e xperim ent,  four  sam ples  wer e   m eas ur e d,  an d  t he  aver a ge   resu lt   was  presented  i n  thi s  pa per.  Er r or  bar s   in  t he  pr ese nted   fig ures  we re  base d  on  t he  re sul ts  of   the m easur ed s a m ples.       3.   RESU LT S   A ND AN ALYSIS     3.1.    Ph oto ano de ch ara c teriz at i on   The  s urface  of  the  an nealed   TiO 2   thin  film   was  ob s er ved   by  S EM.  Fig ur e   5  sh ows  t he  s urf ace  of    the  f our - la ye r  TiO 2   thin  film .  Alm os t  no   crac k  was  obser ve d  on  the  sur face.  It  ha s  be en  pro ved  th at  m ul ti la ye r  EPD   m et ho d  c ould   sig nificant ly   i m pr ove  t he   qual it y  of  t hin  film s   [24 - 26] .   Fi gure  6  sho ws   the  photo  im ages  of  the   dye d  photo a node s  w it h  an d  with out   oz one  t reatm e nt.  The   photo a node   with   the   ozone   treatm ent  ha d  a  darker   c ol or   t han  the   ph oto a node  without   t he  o zo ne   treat m e nt.  In  oth er   words,   the  photo a node   with   the   ozone  t reatm ent  had   a dsor be d  m or e   dye  tha n  the  phot oano de   with out  the   oz one   treatm ent.  The   oz on e   treat m ent  rem ov e d  r e m ai nin g  orga nic  m a t te rs  an d  i m pr ove s  th e  hydro phil ic ity  of   the  ph oto a node   surface  and t he refor e  f aci li ta te d   the   ad sorpti on of   M K2  dye .               F igure  5.  A n S EM im age of  t he  s urface  of   the ph oto a node  after  a nneal in g     F igure  6.   The   photo i m ages of  the  d ye d  phot oano de s   with  the  o z one  treatm ent   (left)  and  without  th e o z on e   treatm ent   (r ig ht )       UV - vis   a bsor ba nce   sp ect ra  of   the   dyed   phot oano des   with   a nd  with ou t   the   ozone   treat m e nt  wer e   al s o  m easur ed .  A s   sh ow n  in  Fi gure  7,   MK 2  dye  ena bled   vi sible  li gh t  ab so r ba nce  f or   t he  ph oto a node s  with    t he  m axi m u m   a bso rb a nce  obta ined   a rou nd  480   nm .   T he   ph oto a node   with  oz on e   tr eatm ent  had   a   bette r    UV - v is  a bsor ba nce  s pectr um  in  the  range  of  40 0 - 800  nm   with  sig nifica nt ly   hig her  abs orba nce  a nd  a  la rg e r   sp ect r um .  Fr om   this  res ult,  it   can  be  c onfirm ed  that  t he  ozone  t reatm ent  can  im pr ove  t he  a bs or ba nc e   char act e risti c of the  ph oto a node.           Figure  7 .  U V - vi s ab s orba nce s pectra  of the  dy ed  ph oto a node s w it h   an d wit hout   the  o z one  treatm ent   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  10 , No .  3 ,  J une   2020   :    292 6   -   293 3   2930   3.2.    C ounter   el ectrod e  opti mi z at ion   In  this   s ubsect ion ,   the   pe rform ance  of  var i ou s   c ounter   el ect rodes  i n  t he   DSSC   was  i nv e sti gated .    All  ex per im ents  in  this  sec ti on   us ed   t he   photoa no des   without  ozone  treat m ent .   First,  the   C NT  a nd  CNT/PD D A  c ounter   el ect rod es  we re  c om par ed .  T he  m easur e d  phot ovoltai c  par am et ers  of  the  DSSC s   us in g  the  c ounter   el e ct rodes   m ade  of  CN T   a nd   C NT/PDD A   (C NT/PDD A = 10 :1)   are   li ste d  in  Table   1.  T he   D SS C   us in g  the  C NT  c ounter  el ect ro de  ge ne rated  2.78 %   conve rsion  eff ic ie ncy  whil e  the  DS S C  us in g    the  CNT/P DDA  c ou nter  el ec tro de  ge ne rated  4.1 2 %  c onve rsion  ef fici enc y.  This  was  a bout  48%  im pr ovem ent.  This  im pr ovem ent w a s att rib ut ed  to t he   pr e se nce  of P DDA   i n  the  cou nter  e le ct ro de   [ 16 ] .        Table  1.   Photo vo lt ai c pa ram e te rs   of t he DSS Cs m ade w it h  two   di ff e ren t t y pes of co unte r e le ct ro de s :  CN T   and CNT/P D D A  (C NT / P DDA= 10:1 )    Co u n ter  electrod e   Js c ( m A /c m 2 )   Vo c ( V )   FF ( %)   η  ( %)   CNT   1 0 .31   0 .67   4 0 .62   2 .78   C NT/PDD A   1 2 .82   0 .70   4 5 .64   4 .12       Seco nd,  the  optim iz at ion   of  the  CNT/P D DA   c ounter  el ect rode  was  i nvest igate d.  Fig ur e   8  sho ws    the  c onve rsion   ef fici ency  of  t he  DSSC   as   a   functi on  of  th e   CNT/P D DA   r at io.  As   the   rat io  was   va ried   fro m   5:1  to   15:1 ,  t he   co nversi on  e ff ic ie ncies   we r e  3.5 8,  3.75,  4.12,  3.4 8 ,   an d  3.1 7 %,   re spe ct ively ,  as  li s te d  i n   Table  2 .   T he  m axi m u m   conver si on  ef fici ency  was  ac hie ved  at   t he  rati o  of   CN T/PD DA = 10:1.   T he refor e ,     we use d  this  ra ti o  as the  opti m u m  r at io o f  t he  C NT/PDD A  c ounter  elec tro de.            Figure   8. The  c onve rsion e ff ic ie ncies of th e  DS SCs  u si ng  CNT/PD D A  c ounter  elec tro de s w it h dif fer e nt  CNT/PD D A  ra ti os . E rror ba rs  r e pr ese nt stan dard  de viati on       Table  2.   Photo vo lt ai c pa ram e te rs   of t he DSS Cs  us in g  CNT/ PDDA   co unte r  elec tro des   with  diff e re nt     CNT / PDD A  ra ti o s   C NT:PDD A   Js c ( m A /c m 2 )   Vo c ( V )   FF ( %)   η  ( %)   5 :1   1 1 .81   0 .68   4 4 .41   3 .58   7 .5:1   1 1 ,80   0 .70   4 5 .26   3 .75   1 0 :1   1 2 .82   0 .70   4 5 .64   4 .12   1 2 .5:1   1 1 .09   0 .69   4 5 .42   3 .48   1 5 :1   1 0 .45   0 .66   4 5 .83   3 .17       3.3.   Ef fectiv e ness  of   th e  o z one - tre ated  ph oto an ode  on   t he DSS C  per f orm an ce   The  DS SCs  us in g  the   op tim u m   CNT/ PDDA  c ount er  el ect rodes   (CNT/ P D D A= 10:1 )   a nd     the  phot oano de s   with  an d  without  the  oz on e  treatm ent  wer e  m easur ed.   F ig ure   9  disp la y s  the  J - V  cu rves  of   these  tw o  DSS Cs,  an d  Table   3  li sts  thei r  m e asur e d  phot ov oltai c  par am et ers.   C om par ed   with   the  DSS C  us in g  the  photo a node   with out  the   ozone   treat m e nt,  t he  DS SC   us in g  t he  phot oano de  with   the  oz on e   treat m ent  sh owe d  t he   i nc rease  i n  Jsc  ( from   12 . 82  t o  14. 12  m A/c m 2 )   a nd  F F  (fr om   45 .64   to   49 .39 %) .  As   a   r esult,    about  11 %  e nhancem ent  in   the   co nversi on  ef fici ency  was  obta ine d  (fro m   4.12  to   4.5 7 % ).  This   res ul t   confirm ed  the  po sit iv e  e ff ect   of   t he  oz one  tr eatm ent  on   the   perform ance  of  the  photo a no de.   If   c om par ed  with   the  DS SC   us in g  t he  C NT   c ounter   el ect rode   and  the   phot oa node   with out  t he  oz on e   treat m ent,  the   DS S C  us i ng  the  opti m u m   CNT/PD D A  c ounter   el ect rode  a nd  the  ph oto a node  wit h  th e  ozone  t re atm ent  sh owe d  64 %  i m pr ovem ent i n  the  con ver si on e ff ic i ency  (4. 57% c om par ed  w it h 2.7 8 %) .    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       En hancin g D SSC c on ver sio n ef fi ci ency b y  ozone - tre ated Ti O2 ph oto anod e and …  ( Yo s hi ki  Kuro k aw a )   2931       F igure  9. The  J - V cu rv e s  of  t he  D S SCs  us in g t he photoa node s w it h an d wit hout the  o z one  treatm ent an d    the opti m u m   C NT/PDD A  c ounter  el ect r odes  (CNT/ P DDA= 10 : 1)       Table  3.   Photo vo lt ai c pa ram e te rs   of t he DSS Cs using  the  phot oano des wit h  a nd w it ho ut the ozo ne  t reatm ent  and the  opti m u m  CNT/PDD A  coun te r  el ect r od e s ( C NT/P D DA =  10 : 1)   Ph o to an o d e   Js c ( m A /c m 2 )   Vo c ( V )   FF ( %)   η  ( %)   W ith o u t ozo n e tr ea t m en t   1 2 .82   0 .70   4 5 .64   4 .12   W ith   o zo n e tr eat m en t   1 4 .12   0 .67   4 9 .39   4 .57       4.   CONCL US I O N   In  this   stu dy,   t he  DSSC   c on ver si on  e ff ic ie ncy  was   im pr ov e d  by   op ti m iz ing  the   co un te r  el ect r od e  and   us i ng   t he  photo a node   wi th  oz on e   treat m ent.  The  C N T/PDDA  c ount er  el ect rode  ha s  bee n  opti m i zed  to   m axi m iz e  the  DS SC  c onve rs ion   e ff ic ie ncy.   In  a dd it io n,   t he   oz o ne   treat m ent  im pr ov e d  t he  dye  ad sorpt ion   of  TiO 2   thin  film   ph oto a node  a nd   increase d  th e  co nv e rsion   eff ic ie ncy  of  the   D S SC  by  ab out  11 %.   Fr om   the   ex pe rim ental   resu lt s,  t he  c onve rsi on  e ff ic ie ncy   of  the   DS SC   was   su cce ssf ul ly   i m pr oved   by   ab ou t  64%  by u si ng the  ozone - treat e d photoa node  a nd the  opti m u m  CNT/PDD A  coun te r  el ect r od e .       ACKN OWLE DGE MENTS     The  a uthors  wi sh   to   tha nk  the   Mi nem oto   la bo rat or y  of   Ri ts um ei kan   unive rsity   for  pr ov i di ng   us   with   the  us e  of   s ol ar  si m ulator  (OAI,  TriS OL ),   ste p  ga ug e   (BRUK ER  Dek ta kXT),   a nd   s pectr opho tom e te r   (S H IMA DZ U,  UV - 36 00) .       REFERE NCE S     [1]   S.  Shali n i,  R.   Bal asunda r a  Pra bhu,   S.   Prasann a,  T .   K.   Ma ll i c k,   and  S.   Sen th il ar asu,   “ Rev iew   on  n at ura l  d y e   sensiti z ed  sol ar   ce l ls:  Oper ation,   m at er ia ls   and   m et hods,”   Re n e w.   Sustain .   Ene r gy  Re v . ,   vo l.  51 ,   pp .   1306 – 1325 ,   2015.   [2]   D.  T.  Ngu y en  an d  K.  T aguc h i,   “ A  wate r - a ctivate d  bat t er y   b ase d  on  activate d  ca r bon, ”  In t.   J.  Ele ct r.  Comput .   En g. ,  vol.   9 ,   no .   5 ,   pp .   4053 – 4059,   201 9.   [3]   D.  T .   Ngu y en   a nd  K.  T aguc h i,  “ Enha nci ng  the  per form anc e   of  E.   col i - pow ere d   MF Cs  by   using  porous  3D  anod es   base d  on  coc onu t  a ct iv ated  c arb o n, ”  Bi o che m.   En g.   J . ,   vol .   151 ,   p p .   107357 ,   2019 .   [4]   B.   O’Reg an  and   M.  Gr ät z el,  “ A  Low - Cost,   Hig h - Eff iciency   Sol ar  Ce ll  Based   o n  D y e - Sensitize d  Coll o ida l   T iO2  Film s,”   Nature ,   vol.   353 ,   pp .   737 – 740,   1991 .   [5]   Y.  Lee,   J .   Cha e,  and  M.  Kang ,   “ Com par ison  of  The   Photovol ta i c  Eff i cienc y   on   DS SC   for  Nanom et er  Siz ed  T iO2  Us ing  A Conve n ti onal Sol - Gel   a nd  Solvothe rm al Met hods,”   J .   In d.   Eng .   Ch em. ,   v ol.   16 ,   no .   4 ,   pp .   609 – 614,   2010 .   [6]   R.   Vit tal  and  K. - C.   Ho,   “ Zi n c  o xide   b ase d   d y e - sensiti z ed  sol ar  ce l ls:  A  r eview, ”  R ene w .   Susta i n.   En ergy   Rev. ,   vol.   70 ,   pp .   920 – 935,   2017 .   [7]   J.  Zha o ,   S.  G .   Jo,  and  D .   W .   K im,  “ Photovolt aic  Perform anc e   of  D y e - Se nsiti z ed  Solar  C el ls  As sem ble d  W it h  El e ct rospun  Po l y ac r y l onit r il e /Si l ica - Based  Fibr ous  Com posite   Mem bra nes, ”   Elec troch im.   Ac ta ,   vol .   142 ,   pp.   261 – 267 ,   20 14.   [8]   J.  The o ti s  Cl ark ,   J.  D.   Ruiz,  H.   Fan,   C .   J.   Brink er ,   A.   Basil  I.  Sw anson,   and  A .   N.   Parikh,   “ A  New   Applicati on   of   UV −Oz one  Tr eatm ent   in   th e  Pre par ation  of   Subs tra t e - Supported ,   Mesoporous   Thin  Film s,”   Ch em.  Mate r. ,   vol.  12 ,   no.   12 ,   pp .   3879 – 3884,   2000 .   [9]   R.   Kohli,   “ Appl ic a ti ons  of  UV - Ozone   Cleaning   Te chn ique   for  Removal  of  Surfac e  Con ta m inants,”   Dev .   Surf .   Contam.  Cl ean.  Appl .   Cle an .   Te c h. ,  vol. 11,  pp.   3 55 – 390,   2019 .   [10]   R.   Ba jpa i   e t  al . ,   “ Graphe ne  sup porte d  p la t inum  nanopa rt ic l e  cou nte r - e le c trode  fo r  en han ce d   per f orm anc e  of   d y e - sensiti z ed  solar   ce l ls,”  ACS Appl .   Mat er.   In te rfa c es ,   vol .   3 ,   pp .   38 84 – 3889,   2011 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  10 , No .  3 ,  J une   2020   :    292 6   -   293 3   2932   [11]   C.   H.  Yoon,   R.   Vitt al,  J.   L ee ,   W .   S.  Ch ae,  and   K.   J.  Kim ,   “ Enha n ce d  p erf orm anc e   of  a  d y e - sensit ized  solar   cell  wi t h  an  e lectr odeposi t ed - platin um   cou nte r electrod e,”  El e ct rochim.   A cta ,   vol .   53 ,   pp .   28 90 – 2896,   2008 .   [12]   V.  Sugatha n ,   E .   John,  and  K.  S udhaka r,  “ Rec en t  improvem ent s  in  d y e  sensit iz e d  solar  cells:  A  rev ie w, ”  R ene w .   Sustain.   Ene rgy   Re v . ,   vol .   52 ,   pp .   54 – 64,   2015.   [13]   H.  C.   Ch ang,  M .   J .   Twu,   C.   Y.   Hs u,   R.   Q.   Hs u,   and   C .   G .   Kuo ,   “ Im prove d  per f orm anc e  for  d y e - sensiti z ed  sol ar  ce l ls using a  co m pac t  T iO2lay e r   grown b y   sput tering, ”   Int .   J. P ho toe nergy ,   vo l. 23 ,   pp .   1 – 8 ,   2014 .   [14]   W .   J.  Le e ,   E .   R amasam y ,   D.  Y .   Le e ,   and  J.  S .   Song,  “ Eff ic i ent   d y e - sensitized  s ola r  c el ls  with  c at a l y tic  m ult iwa ll   ca rbon  n anot ub e   counter elect rod es. , ”   ACS   App l.  Mate r.  In te rfa ces ,   vol. 1, no. 6, p p.   1145 – 1149 ,   2 009.   [15]   K.  Suzuki ,   M.   Yam aguc hi,  M.   Kum aga i ,   and   S.   Yana g ida,  “ Applic at ion   of   Carbon   Nano t ubes  to   Count e r  El e ct rode s o f  D ye - sensitized  Sol a r  Cells,”   Chem.   Lett . ,   vol .   32,   no .   1 ,   pp .   28 – 29 ,   2 003.   [16]   Y.  Kurokawa ,   D .   T.  Ngu y en,  an d  K.   Ta gu chi,  “ The  impact  of   PD DA   in  CNT   co unte r   elec t rode   on  the  conve rsio n  eff iciency   of   DS SC , ”  Int .   J. Chem .   Eng .   App l. ,   v ol.   9 ,   no .   6 ,   pp .   1 84 – 188,   2018 .   [17]   K.  spe ci a lty  Paper ,   “ KJ   ca rbon   nano   li q uid, ”   KJ ,   2018.   [ Online ] .   Av ai l abl e :   htt ps:// ww w.kj s p. co.jp/ engl ish/d eve lopment /pdf/K J_nano_li quid _e_20180214. pd f.   [Ac ce ss ed: 21 - Dec - 2018] .   [18]   F.  Al - ju ai d  and  A.  Mera zga,  “ In cre asing   D y e - Se nsiti ze d   Solar   C el l   Eff i cienc y   b y  ZnO  Spin - Co at i ng  of  the  Ti O   2   El e ct rode   : Effe c t  of ZnO Am ount, ”   En ergy   Pow e r E ng. ,   vol .   5 ,   pp .   591 – 595 ,   2013 .   [19]   S.  Muduli   et  al . ,   “ Ti O2 - Au  pla sm onic  nano compos it e   for   enh ance d  d y e - s ensit i ze d   solar  cell   (DS SC )  pe rform anc e , ”   Sol.   Ene rgy ,   vo l. 86, pp. 1428 – 14 34,   2012 .   [20]   S.  Novak,   U .   Ma ver ,   Š.   Pet ern el,  P.  Ventur in i,  M.  Bel e ,   and   M.  Ga ber šče k,   “ El e ct r ophore tic  deposi ti on  as  a  tool   f o r   sepa ration  of  pr ote in  inc lusion  bodie s  from   host  bacte ri a  in   sus pension, ”  Co ll oi ds  Surface s   A   P hysic och em.  En g.   Asp. ,   vol. 340, n o.   1 – 3 ,   pp .   155 – 160,   2009 .   [21]   K.  Hara ,   Z. - S .   W ang,   Y.   Cui ,   A.  Furube,  and   N.  Koum ura ,   “ L ong - Te rm   Stab ilit y   of   Organi c - D y e - Sensi tized   Solar   Cel ls B ase d  on   An Alk y l - Functionalized  C arb a z ole   D y e , ”   En ergy   En vi ron.   Sci. ,   vol.   2 ,   no .   9 ,   pp .   1109 – 1114,   200 9.   [22]   C.   Ko eni gsm ann  e t   al. ,   “ Subs ti tut ion   of   a   h y dro xamic  acid   anc h or  in to   the  MK - 2  d y e   for   enha n ce d   photovolta i c   per form anc e   and   wate r   stab il i t y   i n  a  DS SC , ”   Phys .   Chem.   Chem.   Phy s. ,   vol .   16 ,   n o.   31 ,   pp .   16629 – 16641,   2014 .   [23]   A.  K.  Arof  et   al . ,   “ Eff ic i ency   E nhanc ement   b y   Mixed  Cation  E ffe ct  in  D y e - Sen siti ze d   Solar   Cells  with  A  PV D F  Based  Gel   Pol ym er  El e ct ro l y te, ”  Int .   J. Hy droge n  Ene rgy ,   vo l. 3 9,   no .   6 ,   pp .   292 9 – 2935,   2014 .   [24]   Y.  Kurokawa,  D.  T .   Ngu y en ,   an d  K.  T aguc hi ,   “ Optimum   condi ti ons  for  titani um   oxide   thi n  f il m   on  d y e - sensitize d  solar  c el ls   using  orga nic d y e   sensiti z er - MK 2, ”   Int .   J. Che m.   Eng .   A ppl. ,   vol .   9 ,   no .   6 ,   pp .   200 – 205 ,   2 018.   [25]   D.  T .   Ngu y en,  Y .   Kurok awa ,   R.   Fuji m oto,   and   K.  Ta gu chi ,   “ Enh anc ing   th e   eff i cienc y   of   PM MA - base d  qu asi - soli d   el e ct rol y t e   d y e - s ensit ized   solar   c el ls  b y   ozon e  tr ea tment   of   Ti O 2  thi n   fi lms , ”  J.  Japan  So c.  Ap pl.   El e ct rom agn .   Me ch. ,   vo l. 27, n o.   1 ,   pp .   97 – 101 ,   2019.   [26]   A.  S.  Shikoh,   Z.  Ahm ad,   F.  Touati,   R .   A.   Shakoor ,   and   S.  A.  Al - M uhta seb,   “ Optimization  of  ITO  gl ass/Ti O2  base d   DS SC   photo - anode s  through  elec trophor et i c  d e positi on  and   sin te ring  techniques , ”  Ceram.  In t. ,   vol.  43,   no .   13 ,   pp.   10540 – 1054 5,   2017 .       BIOGR AP H I ES   OF  A UTH ORS          Yos hik i  Kurok a w a   was  born  in   Shiga,   Jap an  on   April  26,   1994.   He  recei ved   a  b ac he lor’s  degr e e   in  th e   Depa r tment   of  Sc ie n ce  and  Engi ne eri ng   from   Ri tsum ei kan  Univ ersity ,   Shiga ,   Jap an   i n  Marc h  2017   an d  was  admit te d   to  a   postgradu ate  cou rse  at  the  sam e  Univer si t y  in   April   2017 .   He  al so   bel ongs   to  an  elec tron ics   s y stem  cour se   in  the  Depa r tm ent   of   Sci ence  a nd  Engi n ee r ing.   He  is   now   in   th e  se cond   y e ar.  He  is   m aki ng   a   stud y   of  photo ca t aly st  b y   usin g  el e ct rophore si s  deposit ion   in the   gra dua te c ourse .         D.  Trang  N guyen   was   born   in   Hung  Yen,  Vi etnam   in   1986.   H e  r ecei ved   the  B S  degr e e   in   200 9   from   the   Depa rtment  of  Te l e comm unic at ion   S y stems   Han oi  Univer sit y   of  Scie n ce   an d   Te chno log y ,   Ha noi,   Vi et n am.  A fte r  tha t ,   he  recei ved   the  ME   i n  2011  from   th e  Dep art m ent  o f   El e ct r oni cs  and   El e ct ri ca l   Eng in ee ring ,   Donggu k  Univer sit y ,   Se oul,   South   Kore a.   From   2011  to  2014,   he   compl et ed   his  Ph.D.  progra m   in  in tegrat ed   scie n ce  and  eng ine er ing   at   R it sum ei kan  Univer sit y ,   K y ot o,   Jap an.  After   e arn ing  h is  Ph.D. ,   h e  was   a   qualit y   assuranc e  e ngi nee r   at  T aka ko   Industrie s,   Inc .   f rom   2015  to  201 7.   Curr ent l y ,   h e  is  a   senior   rese a rch er   at  th e  Ri tsum ei kan  Glob a l   Innova ti on   Rese arc h   Organi za t io n,   Ri tsum ei kan   Univer sit y .   His  fie lds  o f  int er est   include   Biofu el   Cel ls,   Solar   Cell s,  Biosensors, an d  H y drog en Energ y .           Ry ota   Fujimoto   was  born  in  Os aka ,   Japa n   on  Feb rua r y   2 9 ,   199 6 .   He  recei ved  a  ba che lor’s  degr ee  in  th e   Depa r tment   of  Sc ie n ce  and  Engi ne eri ng   from   Ri tsum ei kan  Univ ersity ,   Shiga ,   Jap an   i n  Marc h  201 8   an d  was  admit te d   to  a   postgradu ate  cou rse  at  the  sam e  Univer sit y  in   April   201 8 .   He  al so   bel ongs   to  an  elec tron ics   s y stem  cour se   in  the  Depa r tment  of   Sci ence  a nd  Engi n ee r ing.   He  is   now   in   th e  se cond   y e ar.  He  is   m aki ng   a   stud y   of  photo ca t aly st  b y   usin g  el e c trophore si s  deposit ion   in the   gra dua te c ourse .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       En hancin g D SSC c on ver sio n ef fi ci ency b y  ozone - tre ated Ti O2 ph oto anod e and …  ( Yo s hi ki  Kuro k aw a )   2933     Koz o  Tagu chi   was  born  in  K y o to,   Jap an,   on   De ce m ber   18,   1968 .   He  r ecei ved   th e  B. E.,  M.E . ,   an d   Dr.  Eng .   Degr ees   in  e le c trica l   e ngine er ing  from   Rit sum ei kan   Univer sit y ,   K y oto ,   Japa n ,   in  1991 ,   1993,   and  19 96,   respe c ti ve l y .   In   1996,   he   joi n ed   Fuku y ama  Uni ver sit y ,   Hiroshi m a,   Japa n ,   wher e  he  had  be en  e ngage d  in  r ese arc h  and  d evel opm ent   on  the  opti c al   fib er  t rap ping  s y st em,  sem ic onduct or   r ing  la sers   and   t hei r   appl icati on   for  opto el e ct ron i c  d evi c es,   and   p ol y m eric   optica l  wave guide s   for   opti c al  interc on nec t ion.  In   1996 – 2003,   h e  work ed  as  an   assista nt  and  le c ture r   i n   Fuku y ama  Univ ersity .   In  2003 ,   he  m oved  to  Ri t sum ei ka n  Unive rsit y ,   Shig a,  Jap an,   and  cur ren tly ,   he  is  a   pro fessor  of  th e  D epa rtm ent   of   e le c tric al   and  e lectr oni c  e ngine er ing.  From   2006  to  2007 ,   he  was  a  visi ti n g  profe ss or  a t  U nive rsit y   of  St   Andrews   (Scotl a nd,   Unit ed  King dom ).   From   2014   to  2015,   he   was  a  v isit ing   profe ss or  at   Nan y a ng   Technol ogi cal  Univer sit y   (Sing apor e).  In  2019 ,   he  was   a   v isit in g  profe ss or   at  U nive rsit y   of   Ba th   (Unit ed   Kingdo m ).   His  cur ren t   r ese arc h   int er ests   inc lud e  c el l   trap,  m ic roflu idi c   ce l l - base d   de vic es,   d y e - sensi ti z ed  solar   cell s ,   biofuel  c el ls ,   biosensors,  and   h y droge n   en erg y.   Dr.   T a guchi i s  a  m ember  of   the  JJ AP .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.