染料敏化纳米太阳能电池学习资料PPT.ppt

设计： 纳米晶 tio2 基本性质 制备 表征 dscc 工作原理 制备 性能表征 tio2组成结构的基本单元是tio6 八面体，在常温下有 三种晶型：金红石、锐钛矿和板钛矿。 禁带较宽，只能吸收波长小于387nm的紫外光 首先将 ti(oc4h9)4经乙酸预处理，然后迅速加入水中 水解，在搅拌的条件下加入硝酸处理，得到半透明溶胶 ，经高压釜在加热处理，得到 tio2溶胶。将此溶胶经 真空除水，加入高分子表面活性剂，得到粘稠胶体，丝 网印刷到导电玻璃上，得到 tio2溶胶膜，在空气中 450热处理 30min，得到纳米 tio2多孔膜。 将处理过的导电玻璃两边用3m 透明胶带固定,用磁控射 频溅射一层致密的tio2 层,然后滴加一滴tio2 溶胶,并 用玻璃棒沿着透明胶带滚压直到形成均匀的薄膜,薄膜 凝胶化后自然晾干,最后将薄膜在空气中450 退火30 min ,冷却得到tio2 纳米多孔膜. sem：表面形貌 eds ：用来进行元素分析 tem ：用来观察 tio2纳米晶显微形貌结构 xrd：分析样品的结晶类型 dsc-tga：分析试样相转变、有机物挥发 和反应等 bet：比表面积和孔径分布。 uv-vis：紫外可见吸收光谱 将适当的染料吸附到宽带隙的半导体表面上，借助于染料 对可见光的强吸收，可以将半导体的光谱响应拓宽到可见 区，这种现象称为半导体的染料敏化作用，而载有染料的 半导体称为染料敏化半导体电极。 1、s + hv s* (s 为染 料基态，s* 为染料激发态 2、s* s+(氧化态dye)+e- (进入tio2导带) 3、 2s+ + 3i- 2s + i3- （染料的再生） 4、i3- + 2 e- 3i- （电解 质的还原，在对电极上发生） 1电极的制备 原料： n719、乙醇 干燥：在 80真空干燥1h 吸附：浸入 n719 的乙醇溶液中，浸泡的过程将盛溶液的 烧杯放入密闭的除去干燥剂的干燥器里，防止溶液吸收水气 ， 浸泡 24h 后取出 冲洗：无水乙醇，洗去物理弱吸附的染料 干燥：真空干燥箱 50干燥半小时 2 电池组装 测试过程 中保持电 池的稳定 性 电解液 的制备 背电极 的选取 电池 封装 镀铂 玻璃 含有tbp 的lii/i2 的碳酸丙 烯酯溶液 1）单色光转化效率 单色光光电转换效率定义（ ipce ）为入射单色光子 -电子转化效率，即为外电路中产生的电子数（ne） 与总的入射单色光子数（np）之比。其数学表达式 为： ipce=ne/np= (1.24110-6isc）/pin ） 其中 isc为电池短路电流， 为入射单色光的波长， pin为入射单色光的功率。 2）i-v 曲线测定 判断染料敏化太阳能电池性能最直接的方法是是 测定电池的输出电流和光电压曲线即i-v曲线。 短路电流（isc）：电路处于短路（外电阻为零）时的电流；短路电流密度 等于电池的短路电流与电池有效面积之比； 开路电压（voc）：电路处于开路（外电阻无穷大）时的电压； 填充因子（ff）：电池具有最大输出功率（pmax）时的电流（io）和电 压（vo）的乘积与短路电流和开路电压乘积的比值；ffpmax/(iscvoc) (iovo)/(iscvoc) 光电转化效率（）：电池的最大输出功率 pmax与输入功率（pin）之比 。pmax/pin(iscvocff)/pin 在 i-v 曲线中，短路电流为曲线在纵坐标上的截距，开 路电压为曲线在横坐标上的截距，它们是光电池最重要 的参数，较高的短路电流和开路电压是产生较高效率的 基础。对于短路电流和开路电压都相同的电池，制约其 效率大小的参数是填充因子，填充因子大总效率就高。 习惯上将 am1.5的太阳光下的能量转化效率称为总能 量转化效率（）。 染料敏化太阳能电池等效电路图 染料敏化太阳能电池的等效电路如上图，可以看出光电 流的产生在恒定的光强下可以个恒电流源，与之并联的 有一个处于正向偏压下的二极管和一个并联电阻 rsh， 剩余的电流流经串联电阻 rs，进入外电路。两个电阻 分别表示在太阳能电池中两种类型的损耗，串联电阻 rs表示由于界面接触及外电路产生的电阻，并联电阻 rsh用来表示暗电流的作用。 染料敏化太阳能电池的测试方法 a)可变电阻法：在rl的位置加一可变电阻，然后对该电阻的 电压及流经电流进行记录，可得到电池 i-v 曲线， 缺点：由于外部导线电阻和电流表本身串联电阻的存在，电 路不能完全短路；同样由于电压表本身内阻的因素，电路也 不能完全断路，表现在 i-v 曲线上就是曲线两端只能接近坐 标轴，而无法与坐标轴相交。 b)在外电路中接入一个电桥，当可变电阻滑动点在中间 的时候，电桥平衡，当滑动点向左端移动时，电桥平衡 破坏，相当于给电池加了正向偏压，距离增大，则偏压 越大，所产生的电流也越大，可使产生的电流略大于光 电流，此时相当于负载曲线进入第四象限，与坐标轴产 生交点；当滑动点向右端移动时，和上述相反，电流开 始受反向偏置。电池在短路状态下全部流向外回路， pn 结处于截止状态，结内存在微量结电流，当反向偏 置增大到一定程度时，反向电流增大到与光电流正好相