《2022年大面积染料敏化太阳能电池的结构组件设计与性能测试 .pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年大面积染料敏化太阳能电池的结构组件设计与性能测试 .pdf（4页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/第 27卷第 6期青 海 大 学 学 报( 自 然 科 学 版)Vol127 No162009年 12月Journal of QinghaiUniversity (Nature Science)Dec12009大面积染料敏化太阳能电池的结构组件设计与性能测试南辉,王刚3,杨桂军(青海大学,青海 西宁810016 )摘要 :介绍了大面积染料敏化太阳能电池(DSC)的制备和设计思路,探讨了电阻对大面积染料敏化太阳电池光
2、伏特性的影响,给出了解决这一问题的途径,并进行了内部串联(DSC)与内部并联 (DSC)两种组件的性能测试。关键词 :染料敏化太阳能电池; TiO2薄膜 ;纳米中图分类号: TK511文献标识码 :A文章编号 : 1006 - 8996(2009) 06 - 0004 - 03D esign and perfor mance of the large areadye - sensitized solar cell m oduleNAN Hu i, W ANG Gang3,YANGGu i2jun(Q inghaiUniversity, Xining 810016, China)Abstract
3、: Theway andmethod of designing andmanufacturing the dye- sensitized s olar cell modulewas studied 1The effect of resistanceto the dye - sensitizeds olar cell were investigated, and found avery effective way to improve the performance of the dye - sensitized s olar cell1The performance ofmodules in
4、seriesand in parallel were also tested 1Key words: dye - sensitized s olar cell;TiO2film; nano太阳能是一种清洁可再生资源,近年来将太阳能转化为电能的研究发展很快。由于染料敏化太阳能电池(DSC)具有高效率、 低成本等优点,使其成为近年来国内外研究的热点 1。目前小面积DSC电池 (013 c m2) 的效率虽从711% 2提高到了11104% 3,但具有一定实际意义的DSC电池效率却得不到较大的提高 。如荷兰国家能源研究所(ECN)完成的 DSC电池 ( 10 cm 10 cm)的效率只达到518%
5、4。因此 ,如何使 DSC实用化 ,是研究DSC目前面临的主要问题之一。本文主要介绍了大面积DSC的制备,并对内部串联与内部并联后DSC的电池性能进行了研究。1DSC的结构与电路模拟图DSC结构如图1所示 ,主要由透明导电基底( TCO) 、 纳米多孔 TiO2薄膜 、 染料 、 电解质和对电极几部分组成。电池中电子的收集和传输主要由导电膜来完成,与之对应的电路模拟图如图2所示 。其中的R1为电解液与对电极的界面电阻,R2为导电基板(TCO)以及外电路的电阻,R3为电解液扩散阻抗,三者之和为电池的串联电阻。 其中 R2对电池的性能影响较大,即电子传输路程的长短 ,会影响到电子在传输过程中损耗的
6、量。因此 ,为了获得高效、商用化的大面积电池,减小电子传输路程(R2)是十分必要的。收稿日期: 2009 - 10 - 12基金项目:青海省重点科研项目(2007 - G - 533);国家自然科学基金(50672041);科技部863项目(2006AA03Z218)作者简介:南辉( 1984) ,男,山西运城人,青海大学在读硕士研究生。 3通讯作者名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 4 页 - - - - - - - - - ? 1994-2010 Chin
7、a Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/第 6期南辉等 :大面积染料敏化太阳能电池的结构组件设计与性能测试2大面积DSC的结构设计为了减小R2的阻值 ,本文借鉴硅太阳电池的实验经验,把大面积电池做成条状电池,并通过印刷低电阻的栅电极(银线 ) ,以达到减小电子传输路径的目的,使得电池的光电效率有一定的提高 。211内部并联组件的设计如图 3所示 ,采用并联设计时,不用考虑单个电池之间的分割问题 ,就可以获得较高的电流。采用丝网印刷的方法在导电玻璃表面印刷TiO2电极及银线。为了使银线不
8、受电解质的腐蚀 ,本研究在银线上印刷了耐腐蚀的材料(深圳市巨田鸿科技有限公司提供的高分子材料JT - 5088) ,这种耐腐蚀的材料同时也起到了封装电池的作用。图3内部并联DSC的设计结构212内部串联组件的设计如图 4所示 ,采用串联设计时,必须对单个电池之间进行分割 ,使电池在内部实现串联,从而获得较大的电压。为了达到对银线进行保护的目的,同样也要在银线上印刷耐腐蚀的高分子材料JT - 5088,并采用较尖锐的钢制材料对电池进行分割 。3大面积DSC的实验311材料的制备在室温 、 强烈搅拌的条件下,将钛酸四异丙酯与乙酸按照摩尔比1 1混合并进行水解。水解结束后,将包含水解产物的浆料置于8
9、0的环境中 ,强烈搅拌8 h,以便破坏浆料水解过程中形成的颗粒,实现颗粒的重分散。 8 h后 ,利用 G4玻璃砂漏斗对重分散的颗粒溶液进行过滤,去除溶液中残留的团聚物,将过滤后的滤液转移至100 mL的水热釜中,在 210 条件下进行水热反应12 h。水热反应后,对水热后的产物进行超声图4内部串联DSC的设计结构分散 ,并分离出固相产物,将离心出的固相产物转移到含乙基纤维素的松油醇溶液中,通过搅拌 、 超声破碎等方法将浆料混合均匀 ,将混匀后的浆料转移到旋转蒸发仪中,进行浓缩去溶剂过程 。当浆料中的有机溶剂挥发完全后,即可获得TiO2浆料 。利用丝网印刷工艺,将 TiO2浆料均匀涂覆在导电玻璃
10、表面上,置于马弗炉中500 ,烧结 30 min,随炉冷却 ,即得到均匀的TiO2多孔膜 。钛酸四异丙酯购买自Adrich, 纯度为98% ;染料 N - 719购买自KojimaChemicalsCorporation; 4 - 特丁基吡啶购买自Fluka;电解液的成分: 0105M 的碘 ( I2) 、 015M 的碘化锂(LiI)和 015M的 4 - 特丁基吡啶;溶剂为乙腈 。312电池的组装将烧结后的TiO2薄膜冷却到80,浸泡于配制好的染料N - 719的乙醇溶液里敏化,20 h后,取出并用乙醇进行清洗。将敏化TiO2电极与Pt电极组对 ,然后灌注电解质, 最后进行小孔密封,即组装
11、成DSC电池 ,其制备流程图见图5。5名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 4 页 - - - - - - - - - ? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/青海大学学报第 27卷图5大面积DSC的制备工艺流程图6大面积DSC的实物照4组件的性能测试电池的设计主要是根据应用的需要来考虑,同时还考虑到DSC的特点 。本研究
12、对内部并联DSC和内部串联DSC的性能进行了测试和综合比较,从实用的角度设计电池。在电池光电转换效率测试中,采用的光源为450 W 的氙灯(Oriel 91192, USA ) ,光强为AM G115,使用吉士利2400源表( Keithley, USA )进行偏压的控制和电流的测量,电池的测试面积为10 cm 018 c m(5条 )。制备出的大面积DSC的实物见图6;内部并联的DSC与内部串联的DSC的性能参数见表1;内部并联的DSC与内部串联的DSC的伏安曲线见图7。图7大面积DSC的伏安曲线表 1大面积 DSC的光电性能参数联接方式短路电流(mA )开路电压(mV )填充因子光电转换效
13、率( % )内部并联2819452801250115内部串联24173274801320151从图 7的伏安曲线可知:内部串联的DSC和内部并联的DSC的主要区别为开路电压的不同。对单片电池来说,两种不同结构电池的差异主要在于开路电压的差异,从而导致了电池效率差别较大。主要原因是在并联电池中,电子传输路径较长,增大了电子在传输过程中的损耗量,使电池的内部等效电阻增加 ,导致电池的效率降低。从表 1的测试性能参数可知:内部串联的DSC的光电性能参数要比内部并联的DSC的光电性能参数好。因此 ,在制备大面积染料敏化太阳能电池的过程中,应首选内部串联法 。(下转第35页 )6名师资料总结 - - -
14、精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 4 页 - - - - - - - - - ? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/第 6期谢平 ,李发旭 :基于嵌入式控制器的USB通信系统设计则 :定时器T1的初值应设置为T L1 = TH1 = F3H,另外应禁止定时器T1中断 ,以免因定时器T1溢出而产生不必要的中断。21212通信协议进行通信之前,
15、通信双方首先要根据系统的功能要求制订某种特定的通信协议,然后才能编写相应的通信程序。本文通信协议: 通信双方均使用2 400 bps 的速率传送数据, PC机与AT89C51均工作于串口方式1 (1位起始位 、 8位数据位 、 1位停止位) 。 AT89C51 在发送和接收数据时 ,采用串口中断方式。 PC机发出数据采集命令(握手信号) ,单片机AT89C51 串口收到握手信号后 ,立即将 AT89C51 内存存放的检测数据经过USB通信接口发送到PC机 ,一次数据采集完成。21213通信程序流程通信程序涉及到PC机通信程序和AT89C51 串口通信中断程序,上位机( PC机 )发出数据采集命
16、令,下位机 (单片机 AT89C51 )收到握手信号后,将数据传回PC机 ,从而完成一次数据采集 ,图 4和图5是两个通信程序的流程图。3结语本文设计的USB通信系统已在汽车尾气检测仪数据通信中得到了很好的应用。该系统具有采集数据准确可靠、 使用灵活方便等优点,这种用USB通信技术取代传统串口通信的方法切实可行,有望在其他的智能仪器、 仪表设备中得到借鉴和推广应用。参考文献 : 1胡汉才 1单片机原理及其接口技术(第2版) M 1北京:清华大学出版社, 20041 2郭荣宁,刘荣 1计算机与通信硬件技术基础M 1北京:清华大学出版社, 20081 3李舟 1USB 210技术在雷达目标识别系统
17、中的应用J1电子测量技术, 2008, 31 ( 10) : 31 - 1651 4古世甫,游志宇,杜杨,等 1嵌入式微控制器PicoBlaze的P LD应用研究J 1四川理工学院学报,2009, 22 ( 1) : 23 - 251 5张海峰.基于双CPU谐波控制器的研究 J1青海大学学报(自然科学版) ,2007, 25 (2) : 39 - 411(责任编辑李渝珍 )(上接第 6页 )参考文献 : 1戴松元,王孔嘉,部钦崇 1纳米晶体化学太阳能电池的研究 J 1太阳能学报,1997 ( 18) : 228 - 2321 2OReganB,Gr tzelM1A low - cost hig
18、h - efficiency s olar cellbased on dye - sensitizedcolloidal TiO2films J 1Nature, 1991, 353 (2) :737 - 7391 3Nazee mddin M K, Pechy P, Renouard T1Engineering of efficient panchromatic sensitizersfor nanocrystalline TiO2- based s olar cells J1AmChem Soc,2001, 123( 8) : 1613 - 16241 4Roberte1Trieks for beating the heat obert help panels see the light J 1Science,2003, 300 ( 6) : 12191(责任编辑 李渝珍 )53名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 4 页 - - - - - - - - -