【《染料敏化太阳能电池实验方法设计综述》2200字】

染料敏化太阳能电池实验方法设计综述1.1单因素优选法为了得到染料敏化太阳能电池的最优配方量，需要对配方各组分的最佳范围点进行选择。因此选用单因素优选法[73-74]，运用数学原理，合理的安排试验点，减少试验次数，快速找到最佳点。在试验设计的过程中，只考虑最能够影响目标结果的因素，其他因素尽量控制在稳定范围。在确定最佳剂量时，在试验范围内有一个满足要求的间隔，但在这个间隔内有一个最佳点x，效果f(x)是最好的，因此对于这个单因素单峰指数函数，x1,x2…xn，应满足抛物型方程（2-6），从而根据函数公式得到最佳点。（2-6）通过单因素试验法对染料敏化太阳能电池每层的主要影响因素进行分析，其主要包括：二氧化钛薄膜中连接料的比例范围，染料含量比例范围，电解液含量的的比例范围，然后测定二氧化钛薄膜对应的制备出的染料敏化太阳能电池的光电性能；染料对应的实地密度；电解液对应的制备出的染料敏化太阳能电池的光电性能，建立二次拟合曲线，结合二次曲线和实际要求，从中得到最优点，得到最优的比例。（2-6）1.2正交实验设计使用单因素分析法后确定了各层各项因素的最优区间内，如果对每个因素的不同水平的相互搭配进行全面实验的话，数据量的处理是非常大的，而且在实际应用中各因素常常会存在互相影响，互相制约。假使我们依次探究各因素之间的作用与影响，非常耗费人力、物力。因此我们在综合分析的基础上选择正交试验法做进一步的研究。使用正交试验法[73-74]，符合科学探究的方式，减少了实验的次数，能够较为快速，简便的得到正确的实验结果。严格遵从正交实验的做法，我们首先需要确定各项参数，其中很重要的就是主要影响因素的用量。在本课题中，为提高染料敏化太阳能电池的光伏性能，选择影响染料敏化太阳能电池光伏性能的主要因素为二氧化钛薄膜的连接料的含量、染料的含量和电解液的配比。从大量的全面试验方案中设计的正交试验表[75]的两条原理，分别是“整齐可比”原理与“均衡分散”原理，选取二氧化钛薄膜的连接料含量、染料的的含量和电解液的不同配比作为正交实验的三个因素，选取各因素的三个含量区间作为水平数。根据试验中各因素的不同水平，用一定的标号表示正交试验表。本研究是一个三水平三因素正交试验表。在常用的正交试验表中，只有三水平四因素，其标号是L9(34)，其中“L”为正交表代号；“9”是正交表的行数，表示需要进行的试验次数；“3”表示每个因素的水平数；“4”是正交表的列数，表示试验最多能安排的因素个数。也就是说，本研究的正交实验需要设一个空白列。三因素中，A代表二氧化钛薄膜的连接料含量；B代表木槿花染料含量；C代表电解液的配比。正交实验设计在处理数据的时候一般采用极差法（直观分析法）[76]。极差法就是用不同水平下某一因素的指标的最大值与最小值之间的差值来表示该因素对实验结果的影响程度。一般情况下，极差数值越大，表示该列数值在试验范围内的变化，会导致试验指标在因素上更大的变化，即极差大的那一列为最主要因素。计算极差时相关计算公式如下：（2-7）（2-7）（2-8）任一列因素取i水平时所得试验结果的算术平均值，用表示，计算过程见式（2-8）。（2-8）（2-9）（2-9）通过分析极差大小，确定各因素的主次顺序。R值越大代表该因素水平变化对该试验指标影响越大，也就是说该因素为主要影响因素。根据数据处理结果，从而确定出最优组合。1.3方差分析方差分析是根据实验数据来判断一个因素或多个因素在其状态变化时，是否实验数据产生显著影响的一种数理统计方法。在本课题中，为提高染料敏化太阳能电池的光伏性能，考虑影响染料敏化太阳能电池光伏性能的主要因素为二氧化钛薄膜的连接料的含量和电解液的配比。因此可改变二氧化钛薄膜连接料的含量和电解液的配比，通过双因素方差分析讨论二氧化钛薄膜连接料含量和电解液配比是否对染料敏化太阳能电池的开路电压（Voc），短路电流（Isc），最大电压（Vmax），最大电流（Imax），最大输出功率（Popt）和填充因子（FF）有显著影响。为了和上节因素标号保持一致，A因数代表二氧化钛薄膜的连接料含量，C因数代表电解液的配比。（2-10）两个因素A和C，其中因素A有r个水平，A1,∙∙∙,Ar，因素C有s个水平，C1,∙∙∙,Cs，在每一种组合水平Ai×Cj下各进行无重复试验。假定组合水平Ai×Cj对应的总体Xij服从正态分布N（μij，σ2）（i=1,∙∙∙,r;j=1,∙∙∙,s），令εij=Xij-μij，则εij~N（0,σ2）。μij可分解为（2-10）：（2-10）μij=μ+αi+βj，i=1,∙∙∙,r;j=1,∙∙∙,s其中，αi称为因素A的第i个水平Ai对指标的效应，βj称为因素C的第j个水平Cj对指标的效应。要检验的假设有：（2-11）H01：α1=α2=∙∙∙=α（2-11）（2-12）H02：β1=β2=∙∙∙=β（2-12）检验下来，如果认为H01成立,那么μij与i无关，表明因素A对试验指标无显著影响。如果认为H02成立,那么μij与j无关，表明因素C对试验指标无显著影响。主要的计算如以下的双因素方差分析表2-1。表2-1双因素方差分析表[77]Table2-1Two-wayanalysisofvariancetable[77]方差来源平方和自由度均方和F值因素AQr-1QF因素CQs-1QF误差Q（r-1）·（s-1）Q总和Qrs-1（2-13）在显著水平α下，H01（2-13）W1={FA≥Fα(r-1，(r-1)·(s-1))}（2-14）H（2-14）W2={FC≥Fα(s-1，(r-1)·(s-1)