染料敏化纳米太阳能电池学习资料PPT.ppt

染料敏化纳米晶tio2太阳能电池 设计 主要内容 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 基本性质 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30min 冷却得到tio2纳米多孔膜 制备 溶胶凝胶法 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 表征 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 dscc 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 2e 3i 电解质的还原 在对电极上发生 dscc的原理 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 染料敏化太阳能电池的制备 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 整个制作过程 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 1 241 10 6 isc 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 表征 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 ff pmax isc voc io vo isc voc 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 isc voc ff 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