[发明专利]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

1、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，λ Qλ、Qref，λ分别表示染料敏化纳米薄膜太阳能电池和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，$I\left(t\right)=(\frac{1}{R_s}-\frac{C_S}{R\times C})\times [-I_{\mathrm{ph}}\times R+U_{\mathrm{Cs}}\left(t_{\mathrm{nT}0}\right)\times \exp (-\frac{t_1}{R\times C})]\times \exp (-\frac{t-t_1-n\times T}{R\times C})+I_{\mathrm{ph}}\times \frac{R}{R_S}其中，I(t)：样品输出电流值；Rs：电池等效电路串联电阻；R：电池等效电路电阻参数；C：电池等效电路电容参数；t：斩波器斩断光路时间；t1：斩波器连通光路时间；5)染料敏化太阳电池的I-V特性数据测量时：5-1)、调节好模拟光源，直接垂直入射到样品的表面，同时固定染料敏化纳米薄膜太阳能电池受光面积，测量电路采用平衡电桥补偿电路；5-2).调节恒压源，测量不同扫描速度的偏压下样品流过的电流，得到电压-电流测量值D0；5-3).根据等效电路和基尔霍夫定律推导I-V函数关系式$ I=I_{\mathrm{ph}}-I_0·(\exp (\frac{q}{K·T·n}·(V\left(t\right)+I·R_s))-1)-\frac{(V\left(t\right)+I·R_s)}{R_{\mathrm{sh}}}+C_{\mathrm{sh}}·R_s·\frac{d\left(I\right)}{d\left(t\right)}+C_{\mathrm{sh}}·\frac{\mathrm{dV}\left(t\right)}{d\left(t\right)};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：二极管理想引自；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。$$