染料敏化太阳电池光电能量转换效率的测定

1、染料敏化太阳电池光电能量转换效率的测定一、实验目的了解染料敏化太阳电池的基本工作原理，学习CHI630电化学工作站的基本功能和调谐方法（或恒电位仪测量光电流的方法）。了解染料敏化太阳电池的基本结构，测定方法。掌握利用I-V曲线计算染料敏化太阳电池的能量转换效率二、实验原理太阳能的利用是一个永恒的课题。染料敏化纳米晶光电化学电池以其低成本和高效率而成为硅太阳能电池的有力竞争者。染料敏化太阳电池是由透明导电玻璃、门02多孔纳米膜、电解质2溶液以及镀铂镜对电极构成的“三明治”式结构。与p-n结固态太阳能电池不同的是，在染料敏化太阳电池中光的吸收和光生电荷的分离是分开的。图2是染料敏化太阳电池的能级分

2、布和工作原理图。图2染料敏化纳米晶太阳能电池的工作原理b半导体的导带边Evb半导体的价带边D,D分别是染料的基态和激发态I-,1-是氧化还原电解质。对电极表面镀一层金属铂3上图表示在光照射太阳电池后,电池内的电子直接转移过程。(1)染料分子的激发。(2)染料分子中激发态的电子注入到iO的导带CB和VB2分别表示TiO的导带底和价带顶。从图中可以看出染料分子的能带最好2与TiO的能带重叠,这有利于电的注入。(3)染料分子通过接受来自电子2供体I-的电子，得以再生。注入到TiO导带中的电子与氧化态染料之32间的复合,此过程会减少流入到外电路中电子的数量,降低电池的光电流。(5)注入到TiO导带中的

3、电子通过TiO网格，传输TiO膜与导电玻璃222的接触面后流入到外电路产生光电流。在TiO中传输的电子与-间23的复合反应。(7)I-离子扩散到对电极被还原再生完成外电路中电流循3环。太阳能电池的性能测试系统主要分为五部分，分别为光源，透镜，电池器件，电化学工作站(恒电位仪)，计算机，通过对太阳能电池光照下的电流/电压曲线的分析，来测试染料敏化iO纳米晶光电化学电池的2光电压，光电流，光电转换效率等性能。衡量光电化学太阳能电池的性能主要有五个评价参数：短路光电流(I)、开路光电压(v)、填充因子(FF)、入射光子到电子的转换效率IPCE)SCOC和能量转换效率n)。(1)短路光电流(I)：太阳

4、能电池在短路条件下的SC工作电流。此时，电池输出的电压为零。开路光电压(V)：太阳能电OC池在开路条件下的输出电压。此时，电池的输出电流为零(。3)填充因子(FF):填充因子定义为:FF=Pmax/IV。SCOC(4)能量转换效率(n):定义为太阳能电池的最大功率输出与入射太阳光的能量(P)之比。light耳二PP二FFxIxVPmaxlightscoclight三、仪器装置和样品染料敏化的纳米晶太阳电池(未注入电解液)微量进样器标准电解液：0.1mol/LLiI，0.05mol/LI，0.5mol/L4叔2丁基吡啶(溶剂为体积比为1：1的PC和乙氰的混合物)恒电位仪，三电极体系(工作电极，参

5、比电极，对电极)辐照计(FZ-A型)氙灯光源(功率500W)光学导轨及透镜四、实验步骤调节光路：打开氙灯光源，将辐照计固定在导轨上。调节辐照计的相对距离，使辐照强度达到100mW/cm2并固定位置。打开恒电位仪和计算机电源，屏幕显示清晰后，再打开恒电位仪测量窗口。使用微量进样器抽取一定量的标准电解液，并将标准电解液沿缝隙边缘灌注至染料敏化纳米晶太阳电池中。将工作电极夹在电池的照光一端，参比电极和对电极夹在另一端。固定在步骤1中所述位置。4使用恒电位仪测量太阳电池的I-V曲线。5.重复测量不同辐照强度下太阳电池的I-V曲线。五、结果处理根据实验数据作出染料敏化太阳电池的IV曲线，算出短路光电流（I）、开路光电压:V）。SCOC利用I-V曲线作图得到染料敏化太阳电池的功率输出曲线，从曲线中读出电池的最大输出功率。计算电池的填充因子（FF）。根据公式“PP二FFxIxV