[發(fā)明專利]一種染料敏化太陽能電池電子壽命分布的測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310618080.2
• 申請日: 2013-11-29
• 公開（公告）號: CN103605029A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫喆;王輝;張亞珂;梁茂;薛松
• 申請（專利權(quán)）人: 天津理工大學(xué)
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00
• 代理公司: 天津佳盟知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術(shù)領(lǐng)域

?本發(fā)明屬于薄膜器件界面電子轉(zhuǎn)移測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種染料敏化太陽能電池電子壽命分布的測量方法。

背景技術(shù)

1991年瑞士洛桑高等工業(yè)學(xué)院的Gr?tzel教授研制成功了光電轉(zhuǎn)換效率為7.1-7.9%的染料敏化太陽電池。目前基于釕配合物染料和碘電解質(zhì)的敏化電池效率已經(jīng)超過11%，采用有機(jī)染料和鈷基電解質(zhì)的敏化電池光電轉(zhuǎn)換效率也超過10%。雖然敏化電池的效率在不斷提升，但是相對于目前大規(guī)模應(yīng)用的硅電池而言，敏化電池的電池效率仍有待提升。影響敏化電池效率的關(guān)鍵因素之一是多孔薄膜(如TiO₂或ZnO)與電解質(zhì)的界面存在嚴(yán)重的電子復(fù)合。一部分的光生電子會因電池內(nèi)部的復(fù)合反應(yīng)而損失，進(jìn)而無法形成光電流。所以研究光生電子的界面電子轉(zhuǎn)移機(jī)制已成為開發(fā)高效染料敏化太陽能電池的關(guān)鍵問題之一。

電子壽命是描述界面電子轉(zhuǎn)移速率的關(guān)鍵參數(shù)，這一參數(shù)表示電子從激發(fā)態(tài)染料注入到多孔薄膜開始直到電子被氧化態(tài)電解質(zhì)分子復(fù)合為止的平均時(shí)間。目前，電子壽命的測量手段包括開路電壓衰減方法、光強(qiáng)調(diào)制光電壓譜和光電壓瞬態(tài)技術(shù)等。研究表明，被注入到多孔薄膜的光生電子會處于不同的能量狀態(tài)，這些方法測量獲得電子壽命實(shí)質(zhì)是不同能態(tài)光生電子壽命的統(tǒng)計(jì)平均。因此，上述技術(shù)的測量結(jié)果實(shí)質(zhì)是對光生電子界面轉(zhuǎn)移速率的表觀描述。為了研究不同能態(tài)電子在復(fù)合速率上的差異，進(jìn)而獲得對多孔薄膜界面電子轉(zhuǎn)移機(jī)制的進(jìn)一步認(rèn)識，需要建立一種測量不同能態(tài)電子壽命的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，從而將電子壽命與電子的能量狀態(tài)關(guān)聯(lián)起來。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是克服現(xiàn)有電子壽命測量技術(shù)存在的上述不足，提供一種染料敏化太陽能電池電子壽命分布的測量方法，該測量方法可以獲得處于不同能級的光生電子的電子壽命，有助于進(jìn)一步研究染料敏化太陽能電池中多孔薄膜的界面電子轉(zhuǎn)移機(jī)制，并深入認(rèn)識電子轉(zhuǎn)移速率與光生電子能級的關(guān)系，彌補(bǔ)了目前電子壽命測量只能獲得平均電子壽命的不足。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種染料敏化太陽能電池電子壽命分布的測量方法，步驟如下：

1）選取波長為525nm的單色LED作為入射光光源，光源的輸出光功率為0-100?mW?cm^-2并連續(xù)可調(diào)，使用通光孔調(diào)節(jié)光斑大于等于染料敏化太陽能電池的薄膜面積，并將入射光光斑均勻覆蓋在染料敏化太陽能電池的光陽極或?qū)﹄姌O表面；

2）在輸出光功率范圍內(nèi)，設(shè)定由低到高均勻選取一系列的n個(gè)入射光強(qiáng)度，n的范圍是10-100；

3）固定LED光源的輸出功率為選定的入射光強(qiáng)I₀ⁱ，其中i表示準(zhǔn)連續(xù)測量的采樣點(diǎn)序號，將受光的染料敏化太陽能電池置于開路狀態(tài)，待電池的狀態(tài)穩(wěn)定后，測量電池的開路電壓V_oc^?i和電子電量Q^?i，然后將電池置于短路條件，待電池的狀態(tài)穩(wěn)定后，測量電池的短路電流j_scⁱ；

4）重復(fù)步驟3）的操作，按照光強(qiáng)由小到大的順序，以準(zhǔn)連續(xù)方式測量步驟2）設(shè)定的所有入射光強(qiáng)度下的開路電壓V_oc^?i、電子電量Q^?i和短路電流j_scⁱ；

5）采用三電極循環(huán)伏安技術(shù)測量染料敏化太陽能電池所使用的電解液的氧化還原電勢E_F,redox；

6）依據(jù)步驟3）-5）獲得的測量結(jié)果，分別利用公式(1)和公式(2)計(jì)算光生電子的電子壽命分布τ(E^?i)及其對應(yīng)的能級Eⁱ，

(1)

(2)?。

?

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果：

該測量方法可以獲得處于不同能級的光生電子的電子壽命，有助于進(jìn)一步研究染料敏化太陽能電池中多孔薄膜的界面電子轉(zhuǎn)移機(jī)制，為研究多孔二氧化鈦薄膜界面電子轉(zhuǎn)移提供了可靠地表征手段，對高效染料敏化太陽能電池的設(shè)計(jì)和開發(fā)具有重要指導(dǎo)意義。

【附圖說明】

圖1為實(shí)施例1電子壽命分布隨能級變化曲線。