染料敏化纳米薄膜太阳能电池I-V特性和转换效率特性的测量方法

摘要

染料敏化纳米薄膜太阳能电池I-V特性和转换效率特性的测量方法，步骤如下：1)使用通常太阳电池IPCE测试系统相同的硬件测量染料敏化太阳电池的IPCE特性数据：调节汞灯等入射到单色仪，将单色仪波长刻度与其保持一致；2)将汞灯等以平行入射的方式进入单色仪，将标准参比电池接于电流计的两端；3)测量参比电池在200nm单色光照射下的电流信号，测量波长范围为200nm~1100nm；4)换上染料敏化纳米薄膜太阳能电池S1，在同样条件下采集数据计算；5)染料敏化太阳电池的I-V特性数据测量：调节好模拟光源，采用平衡电桥补偿电路；调节恒压源，测量不同扫描速度的偏压下样品流过的电流，得到I-V特性。

主权项

一种染料敏化纳米薄膜太阳能电池I V特性和转换效率特性的测量方法，其特征是包括如下步骤：1)使用通常太阳电池IPCE测试系统相同的硬件测量染料敏化太阳电池的IPCE特性数据测量值：固定染料敏化纳米薄膜太阳能电池受光面积的大小，调节汞灯、卤素灯和氘灯平行入射到单色仪，利用已知标准波长谱线253.65，313.20，365.48，404.72，435.84，253.65，546.07nm，将单色仪波长刻度与其保持一致；2)将汞灯、卤素灯和氘灯以平行入射的方式进入单色仪，通过单色仪的光栅分光后，将标准参比电池放置于标准样品架上，固定样品表面的受光面积为16πmm2，将标准参比电池接于电流计的两端；3)测量标准参比电池在200nm单色光照射下的电流信号，使单色仪的出射的单色光变成210nm，重复测量，即每隔10nm采样一次，测量波长范围为200nm～1100nm；4)换上染料敏化纳米薄膜太阳能电池S1，在同样条件下采集数据，并且利用程序计算出单波长外量子效率，计算公式为Qλ＝Qref，λ·Jλ/Jref，λQλ、Qref，λ分别表示染料敏化纳米薄膜太阳能电池和标准参比电池的外量子效率；Jλ、Jref，λ分别表示染料敏化纳米薄膜太阳能电池和标准参比电池的电流值；根据等效电路、IPCE测量情况下的电路和基尔霍夫定律推导含斩波器频率、电池电容的IPCE函数关系式， I ( t ) = ( 1 R s - C S R × C ) × [ - I ph × R + U Cs ( t nT 0 ) × exp ( - t 1 R × C ) ] × exp ( - t - t 1 - n × T R × C ) + I ph × R R S 其中，I(t)：样品输出电流值；Rs：电池等效电路串联电阻；R：电池等效电路电阻参数；C：电池等效电路电容参数；t：斩波器斩断光路时间；t1：斩波器连通光路时间；5)染料敏化太阳电池的I V特性数据测量时：5 1)、调节好模拟光源，直接垂直入射到样品的表面，同时固定染料敏化纳米薄膜太阳能电池受光面积，测量电路采用平衡电桥补偿电路；5 2).调节恒压源，测量不同扫描速度的偏压下样品流过的电流，得到电压 电流测量值D0；5 3).根据等效电路和基尔霍夫定律推导I V函数关系式 I = I ph - I 0 · ( exp ( q K · T · n · ( V ( t ) + I · R s ) ) - 1 ) - ( V ( t ) + I · R s ) R sh + C sh · R s · d ( I ) d ( t ) + C sh · dV ( t ) d ( t ) ; 其中，I：样品输出电流值；Iph：光生电流源；I0：二极管初始电流；K：波尔曼兹常数；T：温度；n：二极管理想因子；q：基本电荷；V(t)：外加偏压；Rs：电池等效电路串联电阻；Rsh：电池等效电路并联电阻；Csh：电池等效电路并联电容。