基于金属网的叠层染料敏化太阳能电池(翻译)

1、基于金属网的叠层染料敏化太阳能电池随着我们对能源和全球环境问题的担忧日益加剧，尤其是对低碳经济，目前，作为第三代太阳能、最高效率高达12%的对染料敏化太阳能电池，吸引了整个世界的关注。 在过去的十年中，有着各种各样的有关于实现提高能量转换效率的调查。在广泛的新的思想和方法中，串联可以考虑作为一个可行的方法来提高改善Jsc，从而提高工作效率，通过实际应用，总的光谱响应范围的两种不同但互补的染料。然而，伴随着它的繁荣， 串联DSC面临一些挑战。首先， 保持最大的透明度将确保更高的光吸收率，而需要尽可能少的块电极。串联DSC常见的两块电极的结构对TCO的透明度提出严格的要求，这将增加DSC的成本。其

2、次，普通的方法简单地浸渍TiO2覆盖的基片，方法是在一个染料溶液中浸渍然后换另一个，混合的DSC通常会给Jsc带来损失，由于不同染料之间的负作用。第三，很少有报告提到方便和单独的在各自的染料染色在整体结构的双层TiO2面板。这个遗留着的问题是如何处理这两个分开的TiO2面板之间的不好的联系，从而影响在二氧化钛层中电子的转移，因此，减少被激发的电子的收集率。虽然压缩方法是一个解决连接问题潜在的方法，但它仍然是在串联DSC不实际。与此同时， Fan使用导电网格制造DSC。然而，很少有基于金属网的串联DSCs的报告。只有Kenshiro Uzaki将串联组成DSC 浮动电极。然而，他们的串联DSC仍

3、存在一系列的问题，和双层结构一样，从而面临着超越上述提到的第一个挑战的光吸收。在本文当中，提出了一个新的基于金属网格的串联结构。我们比较串联电池与单个电池的性能，进一步研究可能影响串联DSC的性能的主要因素。1.实验在FTO玻璃衬底上多孔的二氧化钛薄膜是准备使用报告中所提到的方法。FTO玻璃是购自大连HeptaChroma太阳能技术有限公司。二氧化钛由中国科学院等离子体物理研究所提供。不锈钢网格从安平安信线有限公司购买，管道尺寸大约30m，厚度86m，孔隙度小于2%。二氧化钛薄膜在FTO玻璃衬底上的厚度是8m。二氧化钛薄膜和FTO，以及不锈钢网格为0.5厘米×0.5厘米。二氧化钛膜的

4、两个部分在串联结构中完全重叠。一个外面覆盖着铂的 FTO玻璃作为电极。染料溶液(N719)是在1:1的比率夏，乙腈和准备的三丁基乙醇溶剂配置的。染料溶液(0.2mmol/L) 钌620-1H3TBAN749是准备在1:1 的乙腈和三丁基乙醇溶剂。电极沉浸在染料溶液中12 h来将染料吸附在二氧化钛表面。0.1摩尔/升LiI，0.08摩尔/升I2 ，0.5摩尔/升叔丁基吡啶和0.6摩尔/升这里使用电解液碘乙腈构成。使用之前报道的方法9 (100 mw / cm2，AM1.5 ，SAN-EIXES-151S) 用太阳能模拟器测定电流电压特性。用一个阻抗分析仪来测量电化学阻抗谱。EIS光谱是记录在频率

5、为10-2105Hz。应用偏置电压分别设定为DSCs开路电压(Voc)。2.结果和讨论2.1串联结构单元和工作原理图1(a)展示了串联DSC的新结构。一种导电和灵活的网络被引进DSC的工作电极。串联电池的阳极构成了一个正常的第一个二氧化钛层（染色用染料N719）在TCO一端。第二个二氧化钛层(染色用染料N749)在不锈钢网一端。第一个在TCO端的二氧化钛层接近照明源。在不锈钢网端的二氧化钛层的面积完全与TCO那端的第一个二氧化钛层重复，另一头不锈钢网则是与TCO相连接。一个FTO玻璃在这儿作为反电极。图1(b)显示的是串联电子的传递流。第一个二氧化钛层的激活电子被TCO收集; 而激活的电子在第

6、二个二氧化钛层，可能被不锈钢网收集到，并且直接通过网转移到外部电路，为的是比二氧化钛网更高的导电性不锈钢网。这种结构的优点在于: 没有造成的光损失一部分，入射光可以得到一个更好的发挥。不锈钢网在这里发挥了至关重要的作用，作为一个框架来支持第二个二氧化钛层，它方便地分离两个各自的染料在两个不同的二氧化钛层，并且充当一个更好的电子收集器在第二个二氧化钛层运作。它也解决了上述问题，两个二氧化钛层之间的连接问题。在第一和第二个二氧化钛层之间成功地收集激发电子。这里选择的不锈钢网是由于它低成本，厚度低，耐受性好，烧结温度过高，允许电解液填充整个电池等优点，这样对于在该设备上的I-/ I3 -氧化还原问题

7、基本解决，同时也实现基于它灵活的DSCs性能。2.2串联的光伏性能 两个单个电池(电池Sin1，电池Sin2)是参考电池Tan而备至的。电池Sin1的电极是8m厚的二氧化钛薄膜在FTO端，电池Sin2则是二氧化钛薄膜在不锈钢网一端，而电池Tan的电极则是8m厚的二氧化钛薄膜在FTO端和第二个二氧化钛薄膜在不锈钢网端。对电极和电解液中使用这些电池都是相同的。表1和图2得出电流-电压性能和这些电池的结构。电池Tan的电压Voc低于电池Sin1的，但是远高于电池Sin2的 Voc。由于平行结构，串联DSC的 Voc被电池Sin2的电压值Voc限制。因此，它对于改善电池Sin2的Voc是非常重要的，虽

8、然0.396 V 是与Fan等7的结果完全可比。Tan电池的Jsc有点高于电池Sin1，但是低于电池Sin1和电池Sin2的和。这种状况也许由于低染料N719 和N749之间的互补程度，或更多的厚度在不断增加的串联结构引起的暗电流。因为首先激发电子的电荷载体得通过孔二氧化钛层网到达对电极，如图1(b)。在这个问题上的FF，甚至与上较低表面电阻(Rh)，不断增加的Nernstian电解质内的扩散电阻(R3)由于不锈钢网格应用程序，可能导致的Tan电池内部总和阻力增加，因此产生较低FF。电池Tan的效率不如Sin1的高，这可能是由于串联结构的厚度和基于不锈钢网的第二层的低效率造成的。考虑到由于串联

9、结构而不断增加厚度的电池会带来更高的电解质扩散阻力(R3)，同时可能带来更多的重组。这里电池Sin1”(与电池Tan有着类似的厚度和电池Sin1相同的结构单元)应用于与电池Tan进行比较。电池Tan的Jsc和效率都要高于电池Sin1”，这点验证了这种串联结构的优势。与普通单层的DSC (Sin1”)相比，有着相似电池厚度的前提下，这种串联结构提高约62%的效率。图3(a)是电池Tan，电池Sin1和电池Sin2光伏性能比较。图3(b)说明了这些电池的电化学阻抗谱(EIS)。波特图表明电子寿命10，清单从左到右，分别是电池Tan，Sin2电池，电池Sin1。其间电子寿命和中心频率峰值的关系在EI

10、S是: n = 1/2fmid11。Tan电池和电池Sin2展示了比电池Sin1更长的电池寿命。与DSC，电池Sin2(13)和电池Tan(16)的薄层电阻相符合的Rh，包含不锈钢网，表现出了比电池Sin1(33)更小的Rh。这点在图3（b）中展示，与不锈钢网引起的更小的电阻有一致性，说明不锈钢网应用于DSC中会有更好的导电属性。与FTO玻璃衬底上的二氧化钛薄膜相比，二氧化钛薄膜在不锈钢网上有更多的裂缝，如图4所示，这可能导致更多的激活电子和电解质之间的消极重组。据报道，不锈钢网和二氧化钛薄膜不同的热膨胀系数8实际上产生裂缝的原因。样品被加热，加大了二氧化钛薄膜内部在不锈钢网上的热应力。如热应

11、力不减小，并且集中在薄膜的一些的位置，它会突然释放的压力限制，破坏薄膜。有着迷你加热平台的金相显微镜允许我们观察在整个烧结过程的二氧化钛薄膜的表面和裂缝的构造。实验结果表明，有一种方案是，与正常的烧结过程比较，30分钟加热至70后，以1/分钟的速度缓慢升温，可以减少裂缝的大小和削弱复合。串联电池通过重组可能造成一定程度上的低效率，因此我们将电池S1(基于没有表面处理的不锈钢网) 和电池S2(基于不锈钢网)进行比较。图5(a)(b)(c)展示了不锈钢网格表面的SEM不锈钢网的SEM。电池S1比电池S2有更高的效率，如图5所示(d)，这可以通过铝(4.28 eV)和铁(4.5 eV)的逸出功来解释。对于铝处理过的不锈钢网电子可以更容易地转移到I/ I3的电解质能量层，这样相比于电池S1，就有更多的重组和更少的Jsc。削弱重组需要更多的力，如沉积在不锈钢网上的密集的二氧化钛绝缘层。3 结论一种新的串联染料敏化太阳能电池结构