[发明专利]一种可测试光电转化中超微质量变化的染料敏化太阳电池

说明书

本发明公开了一种可测试光电转化中超微质量变化的染料敏化太阳电池，其特征在于：组合底座上固定一积分球，染料敏化太阳电池用螺丝固定在积分球上，并且电池的透光孔与积分球的出光孔重合。染料敏化太阳电池由三个聚四氟乙烯筒分隔电池的阳极板和电池的阴极板并用固定螺丝固定，同时固定螺丝可以把电池固定在积分球上。中间的聚四氟乙烯筒上有注入孔可以注入电解液并用螺丝密封。本发明的优点是：通过积分球、阳极和阴极的基底是石英晶振片的染料敏化太阳电池配合实现测量的精确性，可以测得电池工作状态下阳极和阴极表面的质量变化以及光电转化的质量，并且可以与各种光学仪器配合使用。

技术领域

本发明涉及太阳能电池的测试领域，尤其涉及一种可测试光电转化中超微质量变化的染料敏化太阳电池以及测试方法和内容。

背景技术

染料敏化太阳电池(简称DSC)主要是模仿光合作用原理，研制出来的一种新型太阳电池。染料敏化太阳能电池是以低成本的纳米二氧化钛和光敏染料为主要原料，模拟自然界中植物利用太阳能进行光合作用，将太阳能转化为电能。

典型的DSC是一种类似“三明治”结构的电池。由导电基底、纳米TiO₂薄膜、染料、电解液以及铂电极构成：导电基底和染料敏化的纳米TiO₂薄膜构成光阳极板，载铂的导电基底组成阴极板，两极板中间为电解液层。

DSC光电转化过程较为复杂，涉及较多的电子转移过程和质量转移过程。目前，对DSC的电子转移过程研究较多，但是涉及质量转移过程尚缺少相应研究。

石英晶振片可以应用于微克级的称量，理论上可以测到的质量变化相当于单分子层或原子层的几分之一。石英晶体微天平利用了晶振片的压电效应，将石英晶体电极表面质量变化转化为石英晶体振荡电路输出电信号的频率变化。但是石英晶振片的电极是薄金层，不透光，所以用石英晶振片作为基底的DSC无法直接测试出DSC吸收光谱等涉及光的测试。

这种电池表面吸附有染料分子，电解液中含有高浓度氧化还原对，对电极为可催化金属。在整个电池运行过程涉及几十种化学反应和电子传输转移过程。多个物质发生相变和氧化还原过程。涉及光化学、光物理、电化学、催化化学和表面化学等多学科交叉领域。

深入研究DSC光电转化过程中的超微质量变化有助于提高电池效率、理解电池工作机理、加快电池市场化的进程。

但是在DSC内部质量转化过程在超微量级，很难精确获得。本发明基于DSC“三明治”结构，发明了一种可以精确测试光电转换中超微质量变化的染料敏化太阳电池，同时可以测试DSC从紫外到红外的吸收光谱、反射光谱、分子红外光谱、光电量子转化效率、强度调制光电流谱和强度调制光电压谱。

发明内容

本发明目的是提供一种可测试光电转化中超微质量变化的染料敏化太阳电池，通过积分球、基底是石英晶振片的开放DSC的简单配合实现测试时候光源的稳定，可以测得电池工作状态下阳极或阴极表面的质量变化以及光电转化的质量，并且可以与各种光学仪器配合使用，比如说可以连接紫外光谱仪或红外光谱仪测得电池的吸收光谱，同时可以连接数字源表测得染料敏化太阳电池工作状态下的电压电流并计算出其光电转换效率。