專利名稱：染料敏化太陽能電池光陽極電子傳輸性能的評價(jià)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種評價(jià)染料敏化太陽能電池光陽極電子傳輸性能的方法，屬于太陽 能電池技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，化石燃料的消耗不斷加速，由此引發(fā)的能源危機(jī)和環(huán) 境污染成為當(dāng)今世界和人類迫待解決的問題。太陽直接輻射到地球的能量豐富、分布廣泛、 可以再生，而且不污染環(huán)境，是國際社會(huì)公認(rèn)的理想替代能源，因此作為光電轉(zhuǎn)換裝置的太 陽能電池受到了世界各國科學(xué)界的重視。自上世紀(jì)九十年代初GrStzel等人將納晶多孔的 TiO2薄膜電極引入染料敏化太陽能電池(DSSC)以后，染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率 實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，染料敏化二氧化鈦納米薄膜太陽能電池具有制作簡單、成本低廉、效率高 和壽命長等優(yōu)點(diǎn)，其光電轉(zhuǎn)換效率目前可以達(dá)到11%以上，因此成為新一代太陽能電池的 主要研究發(fā)展方向。納晶多孔半導(dǎo)體薄膜電極是染料敏化太陽能電池的核心部分，納晶多 孔半導(dǎo)體薄膜既是染料的載體，又是收集和傳輸電子的媒介，對染料敏化太陽能電池的性 能有著重要的影響。納晶TiO2多孔薄膜的電子傳輸性能對染料敏化太陽能電池的光電壓、 光電流和填充因子等重要參數(shù)均有較大影響。考察TiO2多孔薄膜的電子傳輸性能的方法， 目前主要采用瞬態(tài)光譜技術(shù)，這需要較大型的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和嚴(yán)格的測試條件，在染料敏化太 陽能電池實(shí)用化的過程中，不便于普及應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
1、發(fā)明目的本發(fā)明是針對目前已有的考察TiO2多孔薄膜的電子傳輸性能方法的 不足，提供一種簡單、易行考察TiO2多孔薄膜的電子傳輸性能的新方法，便于普及應(yīng)用。并 實(shí)現(xiàn)染料敏化太陽能電池光陽極電子傳輸性能的在線、原位檢測。2、技術(shù)方案三明治夾層電池測試體系的構(gòu)建，涂敷納晶TiO2薄膜的導(dǎo)電玻璃為陽極，載鉬的 導(dǎo)電玻璃為陰極，采用含有KI 0.5mol/L和I20.05mol/L的丙烯碳酸酯(PC)+乙烯碳酸酯 (EC)(體積比1 1)作電解質(zhì)。在低于-0. 4V的負(fù)偏壓下，采用交流阻抗測試系統(tǒng)(主要包括恒電位儀和頻率發(fā) 生器)測定納晶TiO2薄膜電極的交流阻抗圖譜。采用提出的新型等效電路模型對納晶TiO2薄膜電極的交流阻抗圖譜進(jìn)行模擬，獲 得TiO2多孔薄膜的電子傳輸阻抗，考察TiO2多孔薄膜的電子傳輸性能。3、優(yōu)點(diǎn)及效果通過本發(fā)明方案的實(shí)施，能夠很好的評價(jià)TiO2多孔薄膜的電子傳輸性能，該方法 采用與染料敏化太陽能電池結(jié)構(gòu)相近的三明治夾層電池結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)染料敏化太陽能電 池多孔光陽極的在線、原位監(jiān)測，非常簡便、易行，便于推廣應(yīng)用。


圖1.三明治夾層電池結(jié)構(gòu)示意2.交流阻抗圖譜模擬采用的等效電路，圖中，Rs為導(dǎo)電玻璃及電池中各界面之間的歐姆阻抗；Rt，為TiO2多孔薄膜的電子傳輸阻抗，Ci^r1O2為TiO2多孔薄膜電極上的容
抗；Rfto為導(dǎo)電玻璃基底的電化學(xué)反應(yīng)阻抗，CPEfto為導(dǎo)電玻璃基底上的容抗。圖3. -0. 2V偏壓下TiO2多孔薄膜電極的交流阻抗圖譜及模擬曲線圖4. -0. 3V偏壓下TiO2多孔薄膜電極的交流阻抗圖譜及模擬曲線圖5. -0. 3V偏壓下吸附染料的TiO2多孔薄膜電極交流阻抗圖譜及模擬曲線
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一涂敷納晶1102薄膜的導(dǎo)電玻璃為陽極，載鉬的導(dǎo)電玻璃為陰極，采用含 有KI 0. 5mol/L和I2O. 05mol/L的丙烯碳酸酯(PC)+乙烯碳酸酯(EC)(體積比1 1)作 電解質(zhì)，采用Solartron SI 1287恒電位儀和Solartron SI 1255B頻率發(fā)生器在-0. 2V偏 壓下測定納晶TiO2薄膜電極的交流阻抗圖譜，測量過程中控制體系的交流電壓極化信號的 幅值為10mV，掃描頻率范圍控制在0. Ol-IM Hz0模擬過程通過Zplot軟件進(jìn)行，采用的等 效電路見附圖2，結(jié)果見附圖3。表1給出了具體參數(shù)的模擬結(jié)果，各參數(shù)模擬誤差均在6% 以內(nèi)。表1-0. 2V偏壓下納晶TiO2薄膜電極交流阻抗圖譜的模擬結(jié)果 實(shí)施例二涂敷納晶1102薄膜的導(dǎo)電玻璃為陽極，載鉑的導(dǎo)電玻璃為陰極，采用含 有KI 0. 5mol/L和I2O. 05mol/L的丙烯碳酸酯(PC)+乙烯碳酸酯(EC)(體積比1 1)作 電解質(zhì)，采用Solartron SI 1287恒電位儀和Solartron SI 1255B頻率發(fā)生器在-0. 3V偏 壓下測定納晶TiO2薄膜電極的交流阻抗圖譜，測量過程中控制體系的交流電壓極化信號的 幅值為10mV，掃描頻率范圍控制在0. Ol-IM Hz0模擬過程通過Zplot軟件進(jìn)行，采用的等 效電路見附圖2，結(jié)果見附圖4。表2給出了具體參數(shù)的模擬結(jié)果，各參數(shù)模擬誤差均在6% 以內(nèi)。表2-0. 3V偏壓下納晶TiO2薄膜電極交流阻抗圖譜的模擬結(jié)果 實(shí)施例三涂敷納晶TiO2薄膜的導(dǎo)電玻璃電極浸入5Χ 10_4mol/L聯(lián)吡啶釕染料 (N3染料)的無水乙醇溶液中，放置12h后，取出，自然晾干，作為陽極，載鉬的導(dǎo)電玻璃為 陰極，采用含有KI 0. 5mol/L和I2O. 05mol/L的丙烯碳酸酯(PC) +乙烯碳酸酯(EC)(體積比1 1)作電解質(zhì)，采用Solartron SI 1287恒電位儀和Solartron SI 1255B頻率發(fā)生 器在-0. 3V偏壓下測定納晶TiO2薄膜電極的交流阻抗圖譜，測量過程中控制體系的交流電 壓極化信號的幅值為10mV，掃描頻率范圍控制在0. Ol-IM Hz0模擬過程通過Zplot軟件進(jìn) 行，采用的等效電路見附圖2，結(jié)果見附圖5。表3給出了具體參數(shù)的模擬結(jié)果，各參數(shù)模擬 誤差均在6%以內(nèi)。表3-0. 3V偏壓下吸附染料的納晶TiO2薄膜電極交流阻抗圖譜的模擬結(jié)果 從實(shí)施例可見，通過該方法可以獲得不同納晶TiO2薄膜電極的電子傳輸阻抗 (Rt)，并具有較高的準(zhǔn)確度，可以實(shí)現(xiàn)薄膜電極的電子傳輸性能的評價(jià)?？梢钥闯霰景l(fā)明的 方案是可行的，具有實(shí)際應(yīng)用的價(jià)值。
權(quán)利要求
一種考察染料敏化太陽能電池光陽極電子傳輸性能的方法，其特征在于該方法采用三明治夾層電池結(jié)構(gòu)，涂敷納晶TiO2多孔薄膜的導(dǎo)電玻璃為陽極，載鉑的導(dǎo)電玻璃為陰極，采用含有I-和I2的有機(jī)溶劑作電解質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考察染料敏化太陽能電池光陽極電子傳輸性能的方法， 其特征在于在低于-0. 4V的負(fù)偏壓下，測定納晶Ti02多孔薄膜電極的交流阻抗圖譜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考察染料敏化太陽能電池光陽極電子傳輸性能的方法， 其特征在于采用提出的新型等效電路模型對納晶Ti02多孔薄膜光陽極在低于-0. 4V的負(fù) 偏壓下的交流阻抗圖譜進(jìn)行模擬。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考察染料敏化太陽能電池光陽極電子傳輸性能的方法， 其特征在于構(gòu)成光陽極的材料可以是納晶Ti02薄膜、Sn02薄膜和ZnO薄膜等無機(jī)納晶多 孔半導(dǎo)體薄膜。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種染料敏化太陽能電池光陽極電子傳輸性能的評價(jià)方法。該方法的關(guān)鍵在于采用三明治結(jié)構(gòu)薄層電池，在一定的負(fù)偏壓下，測定納晶TiO2多孔薄膜光陽極的交流阻抗，通過提出的新型交流阻抗模型對阻抗圖譜進(jìn)行模擬，得到光陽極電子傳輸阻抗，可以實(shí)現(xiàn)對納晶TiO2多孔薄膜的電子傳輸性能進(jìn)行評價(jià)。本發(fā)明克服了現(xiàn)有光陽極電子傳輸阻抗測試需要大型測試儀器和嚴(yán)格實(shí)驗(yàn)環(huán)境的弊端?？梢詫θ玖厦艋柲茈姵夭捎玫募{晶多孔光陽極進(jìn)行在線、原位監(jiān)測。
文檔編號H01M14/00GK101866758SQ20101017203
公開日2010年10月20日 申請日期2010年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月10日
發(fā)明者張偉風(fēng), 李永軍, 李勝軍, 陳增 申請人:河南大學(xué)