CN101866758A - 染料敏化太阳能电池光阳极电子传输性能的评价方法 - Google Patents

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李胜军
陈增
李永军
张伟风
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Abstract

本发明提供了一种染料敏化太阳能电池光阳极电子传输性能的评价方法。该方法的关键在于采用三明治结构薄层电池，在一定的负偏压下，测定纳晶TiO2多孔薄膜光阳极的交流阻抗，通过提出的新型交流阻抗模型对阻抗图谱进行模拟，得到光阳极电子传输阻抗，可以实现对纳晶TiO2多孔薄膜的电子传输性能进行评价。本发明克服了现有光阳极电子传输阻抗测试需要大型测试仪器和严格实验环境的弊端。可以对染料敏化太阳能电池采用的纳晶多孔光阳极进行在线、原位监测。

Description

染料敏化太阳能电池光阳极电子传输性能的评价方法
技术领域
本发明涉及一种评价染料敏化太阳能电池光阳极电子传输性能的方法，属于太阳能电池技术领域。
背景技术
随着世界经济的快速发展，化石燃料的消耗不断加速，由此引发的能源危机和环境污染成为当今世界和人类迫待解决的问题。太阳直接辐射到地球的能量丰富、分布广泛、可以再生，而且不污染环境，是国际社会公认的理想替代能源，因此作为光电转换装置的太阳能电池受到了世界各国科学界的重视。自上世纪九十年代初等人将纳晶多孔的TiO2薄膜电极引入染料敏化太阳能电池(DSSC)以后，染料敏化太阳能电池的光电转换效率实现了质的飞跃，染料敏化二氧化钛纳米薄膜太阳能电池具有制作简单、成本低廉、效率高和寿命长等优点，其光电转换效率目前可以达到11％以上，因此成为新一代太阳能电池的主要研究发展方向。纳晶多孔半导体薄膜电极是染料敏化太阳能电池的核心部分，纳晶多孔半导体薄膜既是染料的载体，又是收集和传输电子的媒介，对染料敏化太阳能电池的性能有着重要的影响。纳晶TiO2多孔薄膜的电子传输性能对染料敏化太阳能电池的光电压、光电流和填充因子等重要参数均有较大影响。考察TiO2多孔薄膜的电子传输性能的方法，目前主要采用瞬态光谱技术，这需要较大型的实验设备和严格的测试条件，在染料敏化太阳能电池实用化的过程中，不便于普及应用。
发明内容
1、发明目的：本发明是针对目前已有的考察TiO2多孔薄膜的电子传输性能方法的不足，提供一种简单、易行考察TiO2多孔薄膜的电子传输性能的新方法，便于普及应用。并实现染料敏化太阳能电池光阳极电子传输性能的在线、原位检测。
2、技术方案
三明治夹层电池测试体系的构建，涂敷纳晶TiO2薄膜的导电玻璃为阳极，载铂的导电玻璃为阴极，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)(体积比1∶1)作电解质。
在低于-0.4V的负偏压下，采用交流阻抗测试系统(主要包括恒电位仪和频率发生器)测定纳晶TiO2薄膜电极的交流阻抗图谱。
采用提出的新型等效电路模型对纳晶TiO2薄膜电极的交流阻抗图谱进行模拟，获得TiO2多孔薄膜的电子传输阻抗，考察TiO2多孔薄膜的电子传输性能。
3、优点及效果
通过本发明方案的实施，能够很好的评价TiO2多孔薄膜的电子传输性能，该方法采用与染料敏化太阳能电池结构相近的三明治夹层电池结构，可以实现染料敏化太阳能电池多孔光阳极的在线、原位监测，非常简便、易行，便于推广应用。
附图说明
图1.三明治夹层电池结构示意图
图2.交流阻抗图谱模拟采用的等效电路，图中，Rs为导电玻璃及电池中各界面之间的欧姆阻抗；Rt，为TiO2多孔薄膜的电子传输阻抗，
Figure GSA00000100625000021
为TiO2多孔薄膜电极上的容抗；RFTO为导电玻璃基底的电化学反应阻抗，CPEFTO为导电玻璃基底上的容抗。
图3.-0.2V偏压下TiO2多孔薄膜电极的交流阻抗图谱及模拟曲线
图4.-0.3V偏压下TiO2多孔薄膜电极的交流阻抗图谱及模拟曲线
图5.-0.3V偏压下吸附染料的TiO2多孔薄膜电极交流阻抗图谱及模拟曲线
具体实施方式
实施例一：涂敷纳晶TiO2薄膜的导电玻璃为阳极，载铂的导电玻璃为阴极，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)(体积比1∶1)作电解质，采用Solartron SI 1287恒电位仪和Solartron SI 1255B频率发生器在-0.2V偏压下测定纳晶TiO2薄膜电极的交流阻抗图谱，测量过程中控制体系的交流电压极化信号的幅值为10mV，扫描频率范围控制在0.01-1M Hz。模拟过程通过Zplot软件进行，采用的等效电路见附图2，结果见附图3。表1给出了具体参数的模拟结果，各参数模拟误差均在6％以内。
表1-0.2V偏压下纳晶TiO2薄膜电极交流阻抗图谱的模拟结果
Figure GSA00000100625000031
实施例二：涂敷纳晶TiO2薄膜的导电玻璃为阳极，载铂的导电玻璃为阴极，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)(体积比1∶1)作电解质，采用Solartron SI 1287恒电位仪和Solartron SI 1255B频率发生器在-0.3V偏压下测定纳晶TiO2薄膜电极的交流阻抗图谱，测量过程中控制体系的交流电压极化信号的幅值为10mV，扫描频率范围控制在0.01-1M Hz。模拟过程通过Zplot软件进行，采用的等效电路见附图2，结果见附图4。表2给出了具体参数的模拟结果，各参数模拟误差均在6％以内。
表2-0.3V偏压下纳晶TiO2薄膜电极交流阻抗图谱的模拟结果
Figure GSA00000100625000032
实施例三：涂敷纳晶TiO2薄膜的导电玻璃电极浸入5×10-4mol/L联吡啶钌染料(N3染料)的无水乙醇溶液中，放置12h后，取出，自然晾干，作为阳极，载铂的导电玻璃为阴极，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)(体积比1∶1)作电解质，采用Solartron SI 1287恒电位仪和Solartron SI 1255B频率发生器在-0.3V偏压下测定纳晶TiO2薄膜电极的交流阻抗图谱，测量过程中控制体系的交流电压极化信号的幅值为10mV，扫描频率范围控制在0.01-1M Hz。模拟过程通过Zplot软件进行，采用的等效电路见附图2，结果见附图5。表3给出了具体参数的模拟结果，各参数模拟误差均在6％以内。
表3-0.3V偏压下吸附染料的纳晶TiO2薄膜电极交流阻抗图谱的模拟结果
Figure GSA00000100625000041
从实施例可见，通过该方法可以获得不同纳晶TiO2薄膜电极的电子传输阻抗(Rt)，并具有较高的准确度，可以实现薄膜电极的电子传输性能的评价。可以看出本发明的方案是可行的，具有实际应用的价值。

Claims (4)

1.一种考察染料敏化太阳能电池光阳极电子传输性能的方法，其特征在于：该方法采用三明治夹层电池结构，涂敷纳晶TiO2多孔薄膜的导电玻璃为阳极，载铂的导电玻璃为阴极，采用含有I-和I2的有机溶剂作电解质。
2.根据权利要求1所述的一种考察染料敏化太阳能电池光阳极电子传输性能的方法，其特征在于：在低于-0.4V的负偏压下，测定纳晶TiO2多孔薄膜电极的交流阻抗图谱。
3.根据权利要求1所述的一种考察染料敏化太阳能电池光阳极电子传输性能的方法，其特征在于：采用提出的新型等效电路模型对纳晶TiO2多孔薄膜光阳极在低于-0.4V的负偏压下的交流阻抗图谱进行模拟。
4.根据权利要求1所述的一种考察染料敏化太阳能电池光阳极电子传输性能的方法，其特征在于：构成光阳极的材料可以是纳晶TiO2薄膜、SnO2薄膜和ZnO薄膜等无机纳晶多孔半导体薄膜。
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Cited By (4)

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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20101020