CN108417396A - 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 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
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。
本发明是这样实现的，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，主要由DSC，积分球组成，其特征在于：DSC的最外两层是中间有透光孔的聚四氟乙烯筒，中间依次由石英晶振片、中间有孔的聚四氟乙烯筒、导电基底组成；靠近导电基底的最外层聚四氟乙烯筒的透光孔贴近积分球的输出孔，光源工作时发出的部分光由积分球的输入孔进入积分球，经积分球作用输出稳定光源再由输出孔进入DSC；染料敏化太阳能电池中的石英晶振片可以作为阳极或者阴极，作为阳极时，在金片上涂TiO2并敏化，另一透明导电基底沉积铂；作为阴极时，在金片上沉积铂，在另一透明导电基底上涂覆TiO2并敏化，使用石英微天平可以测量出阳极或阴极表面超微质量变化过程；连接积分球后，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。
本发明所述的可测试光电转化中超微质量变化的染料敏化太阳电池，主要是由石英晶振片、积分球、染料敏化太阳电池、导线、固定螺丝、聚四氟乙烯筒、光源组成，其特征是：可以测量光电转化中的超微质量转化过程。
本发明所述的染料敏化太阳电池的导电基底为石英晶振片。
本发明所述的染料敏化太阳电池中的石英晶振片上可以沉积氧化钛、氧化锌、氧化锡、铂、高分子。
本发明所述的染料敏化太阳能电池中的石英晶振片可以作为阳极或者阴极，能测出工作状态下阳极或阴极表面在光电转化过程中的超微质量变化。
本发明所述的染料敏化太阳电池连接积分球，可以测试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、调制光电流谱。
本发明与现有实验室测试技术相比，具有以下有益效果：
1.使用积分球，可降低因探测器上的入射光源不均匀分布或光束偏移所造成测量时的微小误差；
2.可以解决石英晶振片金电极层不透光、无法直接测得紫外到红外的吸收光谱的问题，同时也可以测得电池的反射光谱、分子红外光谱、调制光电流谱、调制光电压谱；
3.固定位置的石英晶振片既可以作为阳极又可以作为阴极，作为阳极的时候可以涂覆氧化钛、氧化锌、氧化锡，作为阴极的时候可以沉积铂，测试方便；
4.使用石英微天平可以测量出光电转化中的阳极或阴极的超微质量转化过程；
5.DSC的基底采用石英晶振片，频率稳定高，抗干扰能力强，同时石英晶振片涂覆的金电极不溶于硫酸等强酸，可以将实验涂覆的染料层除去并重复利用。
附图说明
图1为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示意图。
图2为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中DSC的组成示意图。
在图中，染料敏化太阳电池1，积分球2，积分球的光输入孔3，光源4，积分球底座5，积分球的光输出孔 6，接头7，聚四氟乙烯筒8，石英晶振片 9，导电基底 10，进液孔11，橡胶圈12，短螺丝13，聚四氟乙烯筒中空管道14，螺丝孔 15，固定螺丝16。
具体实施方式
本发明是这样实现的，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，主要由积分球底座5、积分球2、聚四氟乙烯筒 8、光源 4、石英晶振片 9、固定螺丝16、橡胶圈 12、导电基底 10、进液孔11组成；其特征在于：积分球底座5上固定一积分球 2，光源4的光源从积分球的光输入孔 3进入，在积分球内经过作用后从积分球的光输出孔 6 传播出去。染料敏化电池 1通过固定螺丝 16固定在积分球上。染料敏化太阳电池 1由聚四氟乙烯筒 8、石英晶振片9、导电基底 10、橡胶圈12组成，电解液从进液孔11注入，使其充满聚四氟乙烯筒中空管道14，短螺丝 13密封进液孔 11。固定螺丝 16通过螺丝孔 15将染料敏化电池的组成部分固定并连接固定至积分球 2的光输出孔 6位置。
将装置放在光源 4下，光线从积分球 2的光输入孔 3进入积分球 2内部，经作用后从积分球 2的光输出孔 6输出，光通过聚四氟乙烯筒中空管道14后再通过电池阴极板10。中间的聚四氟乙烯筒 8外部的注入孔 11注入电解液后，电解液充满中间的聚四氟乙烯筒8的中空管道14，然后用短螺丝13密封注入孔11，在光环境下，电解液和石英晶振片 9、导电基底 10发生一系列反应。随后光穿过左边的聚四氟乙烯筒中空管道14。接着，接头 7连接石英微天平，可以测出石英晶振片 9表面质量的变化，同时也可以在染料敏化电池 1左边用紫外光谱仪测得溢出光子数。用连接数字源表的两个鳄鱼夹分别夹住石英晶振片 9和导电基底 10也可以测得染料敏化电池工作状态下的电压电流并计算出其光电转换效率。
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，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。
Claims (4)
1.一种可测试光电转化中超微质量变化的染料敏化太阳电池，主要由DSC，积分球组成，其特征在于：DSC的最外两层是中间有透光孔的聚四氟乙烯筒，中间依次由石英晶振片、中间有孔的聚四氟乙烯筒、导电基底组成；靠近导电基底的最外层聚四氟乙烯筒的透光孔贴近积分球的输出孔，光源工作时发出的部分光由积分球的输入孔进入积分球，经积分球作用输出稳定光源再由输出孔进入DSC；
染料敏化太阳能电池中的石英晶振片可以作为阳极或者阴极，作为阳极时，在金片上涂TiO2并敏化，另一透明导电基底沉积铂；作为阴极时，在金片上沉积铂，在另一透明导电基底上涂覆TiO2并敏化，使用石英微天平可以测量出阳极或阴极表面超微质量变化过程；
连接积分球后，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。
2.根据权利要求1所述的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：石英晶振片作为染料敏化太阳电池的导电基底。
3.根据权利要求1所述的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：石英晶振片上可以沉积氧化钛、氧化锌、氧化锡、铂、高分子。
4.根据权利要求1所述的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：染料敏化太阳电池连接积分球，可以测试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、调制光电流谱。
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