大面积染料敏化太阳电池的的研制

1、化合物半导体和空间用太阳电池及材￥大面积染料敏化太阳电池的的研制术戴松元翁坚，肖尚锋隋毅峰胡林华孔凡太潘旭陈双宏梁林云王孔嘉安徽合肥中国科学院等离子体物理研究所太阳能材料与工程实验室【摘要】染料敏化太阳电池的研究已经过多年的历史，各国在过去的研究中都取得了不少成绩，但大面积染料敏化太阳电池的研究一直是该项技术研究和发展的瓶颈，也是该项技术走向实用化的关键。本文重点介绍大面积染料敏化太阳电池研究的进展，以及我所在过去研究中，在大面积染料敏化太阳电池研究中所取得的研究成果。【关键词】染料敏化太阳电池系统组件光伏特性。，自从年教授在染料敏化太阳电池（）上取得突破以来【】，十年来发展迅速，瑞士【和日本

2、夏普公司【】在实验室小面积（面积小于）电池光电转换效率已超过。同时在面积小于上，电池效率也有较好的成绩，荷兰研究所取得了（），日本公司取得了（）的光电转换效率。然而，具有实用化意义的大面积电池的直到年以后才有定的突破，并逐渐完善成具有商业应用前景的电池。在大面积电池和产业化研究中澳大利亚公司在开创性研究中取得了成功，欧盟以研究所牵头的联合体，日本的日立公司和夏普公司、美国高技术公司等也加入产业化研究的行列，并发展成各自的研究方向。其中澳大利亚公司在年月建立了世界上第一个，也是迄今为止独一无二的面积为显示屋顶，集中体现了未来工业化的前景。成本的优势和未来相对简单的工业制造技术仍是染料敏化太阳电池

3、的最大优势。电池制作中主要工艺是采用大面积丝网印刷技术制备纳米多孔薄膜及利用简单浸泡方法对纳米多孔薄膜进行染料敏化，在大面积工业化生产中具有较大的优势。所有原材料和生产工艺都是无毒、无污染的，对保护人类环境具有重要的意义。国家重点基础研究发展规划项目资助（资助号：）。中国，邑光伏进展大面积电池的结构和设计“大面积的结构与实验室电池的结构基本一致，但对于大面积电池来说，表面电阻对电池性能的影响十分明显，简单的放大已不再适合未来产业化电池的设计要求。对于单个小面积电池来说，、由于电流小，无需考虑电池内部电极问题，对电池性能影响不大。对于大面积和实用化电池来说，电流在导电膜上的损耗将对电池的性能影响

4、较大，特别是对于实用化电站来说将是致命的。为了能很好地获得高效、大面积商业化电池，在电池内部应用小电阻的电极是十分必要的。电子的传输和收集主要是靠电池正反电极的透明导电膜进行。由于受透光率和电阻矛盾的限制，目前透明导电膜的电阻最少在欧姆，显然这么大的电阻在实用化电池应用中是不合适的。借鉴硅电池设计研究上的经验，我们同样可以在透明导电薄膜表面制作栅电极，以减少电池中的等效电阻。考虑到固有的特点，并综合比较电池内部串联和电池内部并联（如图所示）的方法对电池性能的影响，考虑到现有电极材料的实际应用情况，我们将采用丝网印刷的方法来制备电极，并采用电池内部并联的方法来制备大面积电池。，大面积电池的设计我

5、们主要采用如图所示并联电池的结构。采用并联设计时，不用考虑单个电池间的分割问题，可以输出较高的电流。采用丝网印刷的方法在导电玻璃表面印刷电极材料，如铝电极材料、金电极材料、铜电极材料以及其他电阻图，内部并联组件结构剖面图。较小的电极材料，并根据需要印制所需要的厚度和宽度；该设计最主要的一点是必须对所印制的电极材料进行保护，电极表面必须涂有较好保护电极不受电解质腐蚀的耐腐蚀材料，该材料可以是低温玻璃浆料、陶瓷材料以及高分子材料，该材料同时还起着电池密封作用。电池的设计主要是根据应用的需要来考虑的，同时还必须考虑到特点。我们对内部并联电池进行了研究，并综合比较了该设计方法的优缺点，从实用化角度考虑

6、电池未来的设计。产业化￥电池组件性能测试。组件特性曲线的测试是通过标准光源（氙灯，中国科学院长春光机所制造，光斑面积，光强不均匀性小于，）和数字源表（，），由伏安特性测试软件自动完成太阳电池光伏性能的测试和数据输出；光强（）通过标准单晶硅电池（国防校准实验室，编号：）。来校准的。图化合物半导体和空间用太阳电池及材料为内部并联电池的伏安特性曲线和性能参数。从测试结果来看：内部串联的性能参数明显比内部并联参数差得多。主要原因在于内部串联电池采用的串联电极材料电阻比较大，导致电池的填充因子特别小，从而导致电池效率差别较大，电池内部等效电阻也相应变大，在电极上的内部损耗相应增加。：图并联组件及伏安特性

7、曲线产业化电池稳定性测试电池的稳定性主要是在我们自行研制的老化测试设备上进行（最大电流限制在以下，超出利用电阻降低电流），紫外灯强度，可见光强度，小时不问断自动测试和记录（可同时测试个电池）。电池在低温和高温情况下的运行情况测试，我们是参考单晶硅电池的部分规范，低温下的测试我们把电池放置在极低温冰箱（一。）里冷冻，然后分别测试其性能的变化，高温情况下的测试主要是放置在水中和烘箱加热至所需要的理想温度进行测试。从实验的结果来看，电池的稳定性，除了与电池本身的材料稳定性有关以外，电池制作技术和工艺也将对电池稳定性产生影响。在我们的实验中已经证实材料的纯度对电池稳定性的影响，同时电池密封对电池稳定运行起着关键的作用。图分别为电池在可见光和紫外光夏连续照射时电池性能的变化情况。紫乡老化时间（小时）图产业化电池老化测试实验结果中国太阳能光伏进展结论产业化电池研制成功，并通过了实验室可靠性的验证，为该电池向实用化迈出了重要的一步。通过电池组件的拼装，获得大面积电池板也已在我实验室研制成功，效率稳定在以上，将