太阳能电池实验报告

实 验 报 告

实验项目 专业班级 姓 名 学 号 指导教师 日 期 年 月 日

一、实验目的 1.了解太阳能电池的工作原理 2.学会简单制作太阳能电池 二、实验器材 导电玻璃、数字万用表、TiO2浆料、电解质溶液、染料若干、胶带、石墨、导线若干。 三、实验原理 图1.电池工作过程的基本原理 光电流的产生经历了以下： 1. 吸附在光阳极表面的染料分子吸收光子由基态跃迁至激发态: 2. 处于激发态的染料分子将电子快速地注入到能级较低的半导体导带中，并通 过光阳极流经外电路到达阴极: 3. 失去电子处于氧化态的染料分子可迅速氧化电解质溶液(以了场一电解液为例) 中的电子给体，自身被还原为初始状态: 4. I3-离子扩散到对电极，得到电子再生: 电解质溶液中的I作为电子给体，是整个电池循环反应的重要环节，称为超 敏化剂。 由此可见在染料敏化太阳能电池中，光子的吸收和电子传输分别是由染料分 子和半导体材料来承担的，因此电子由染料分子到半导体导带的传输过程在整个 电化学循环反应过程中显得尤为重要。只有染料分子的激发态能级高于半导体的 导带底能级时，电子的注入过程才能高速有效地进行。染料分子的激发态寿命也 会影响电子注入的效率，若激发态寿命太短，在电子注入过程尚未发生时激发态 分子就发生辐射跃迁或无辐射跃迁回到基态，降低了电子注入效率。此外，注入 导带的电子还会发生回迁，与染料分子复合，截断了整个循环过程。只有当电子 注入速率常数比电荷复合过程的速率常数大三个数量级时，电荷复合过程发生的 几率方可忽略不计。 总的来说，电子注入速率越高，电荷复合过程的速率越低，超敏化剂与氧化 态染料分子之间的氧化还原反应速率常数越大，电子在电路传输过程中的损失就

越小，光生电流强度就越大，太阳能电池的光电转化效率也就越高。 光电流工作谱可以很好地反映染料敏化电池对某一波长单色光的转化效率， 却很难反映出染料敏化电池在太阳光照射下真实的工作状态，而I一V曲线则可 以直观地反映太阳能电池在太阳光谱照射下的性能。图1.3中包含了典型的I一犷 曲线。 由I一V曲线可以得到一系列反映电池性能的参数: 短路光电流:电路处于短路状态(电阻为零)时的光电流称为短路光电流。 开路光电压:电路处于开路状态(电阻为无穷大)时的光电压称为开路光电压。 填充因子(fillfactor，FF):电池具有最大输出功率时的电流和电压的乘积与短路光电流和开路光电压乘积的比值称为填充因子。 光能-电能转化效率：电池的最大输出功率与输入光功率(Pin)的比值称为光能-电能转化效率，又叫能量转化效率。 图2. 电池的IV曲线 四、实验步骤 1．导电玻璃的清洗 10%的NaOH超声清洗24h，然后去离子水清洗3h，无水乙醇清洗2h，烘干待用。 2.电解液的配制 0.5mol/L的KI+0.05mol/L的I2，溶于乙腈中。 3.TiO2浆料的制备 5gTiO2+聚乙二醇1g+乙酰丙酮1mL+去离子水10mL 4.涂膜 5.染料制备

6.电池组装 7.测试 Chi660d电化学工作站，光源500W的氙灯，照射光密度50mW/cm2。 五、实验数据和数据处理 六.分析讨论（实验结果的误差来源和减小误差的方法、实验现象的分析、问题的讨论等）