大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中關(guān)于太陽(yáng)電池性能測(cè)試的一點(diǎn)思考

張曉波　劉樹(shù)龍　紀(jì)浩　黃飛鴻　胡程穎　金作明

【摘 要】大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)緊密跟蹤當(dāng)前學(xué)界和業(yè)界熱點(diǎn)領(lǐng)域。我校材料類專業(yè)自2009年起開(kāi)出太陽(yáng)電池性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)。在總結(jié)歷屆學(xué)生完成此實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題的基礎(chǔ)上，初步研究了電池封裝和測(cè)試條件對(duì)電池染料敏化太陽(yáng)電池性能的影響?？偨Y(jié)該實(shí)驗(yàn)結(jié)果，說(shuō)明要獲得真實(shí)準(zhǔn)確的電池性能數(shù)據(jù)，不僅需要完善的電池封裝工藝，也需要科學(xué)的測(cè)試方法。這對(duì)于學(xué)生正確地認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的關(guān)系是十分有益的。

【關(guān)鍵詞】大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)；實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果；測(cè)試方法

大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)緊密跟蹤當(dāng)前學(xué)界和業(yè)界熱點(diǎn)領(lǐng)域。我校材料類專業(yè)自2009年起開(kāi)出太陽(yáng)電池性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)。在此實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的教學(xué)中，我們發(fā)現(xiàn)電池封裝和測(cè)試條件對(duì)電池染料敏化太陽(yáng)電池性能有明顯影響。部分學(xué)生對(duì)此不十分理解，他們可能認(rèn)為：有好的測(cè)試儀器，測(cè)出的結(jié)果就應(yīng)該是“真實(shí)準(zhǔn)確”的。有鑒于此，本工作展示了電池封裝和測(cè)試條件對(duì)電池性能和測(cè)試結(jié)果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電池封裝和測(cè)試條件對(duì)電池效率有較明顯影響；說(shuō)明要獲得真實(shí)準(zhǔn)確的電池性能數(shù)據(jù)，不僅需要完善的電池封裝工藝，也需要科學(xué)的測(cè)試方法。這對(duì)于學(xué)生正確地認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的關(guān)系是十分有益的。

1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)中電池制備[1，2]

將6gP25（Degussa）納米粉體與1g6.7%的硝酸，3g聚乙二純（PEG-20000）混合，球磨8小時(shí)后取出，用500W細(xì)胞粉碎機(jī)超聲分散1小時(shí)，得到的TiO2水溶膠直接用于涂布多孔膜。多孔膜經(jīng)過(guò)退火處理后，靜置于N719染料溶液中浸泡12小時(shí)。敏化后的多孔膜經(jīng)過(guò)封裝，完成電池制備。

2 封裝對(duì)電池性能的影響

具體的封裝測(cè)試條件如下：采用涂布機(jī)在3.5*2.5cm2FTO玻璃上刮膜，保證整個(gè)薄膜表面的厚度均一；成膜經(jīng)過(guò)退火和染料浸泡后，采用熱塑膠在工作電極上封裝四塊小電池，具體的封裝方式如圖1所示，封裝后小電池I—V測(cè)試性能如圖2所示：

從I—V測(cè)試結(jié)果看出，封裝后四塊小電池效率有較明顯差別，說(shuō)明需要進(jìn)一步完善封裝工藝，以保證電池性能穩(wěn)定性。

3 受光面積對(duì)電池測(cè)試結(jié)果的影響

小面積和大面積測(cè)試，對(duì)電池I-V測(cè)試結(jié)果有非常大的影響。本實(shí)驗(yàn)中，我們對(duì)同一塊電池進(jìn)行了受光面積分別為2*1.8cm2和0.2cm2的I-V測(cè)試，I-V測(cè)試結(jié)果為：

可以看出，電池小面積測(cè)試得到的能量轉(zhuǎn)化效率遠(yuǎn)高于大面積下測(cè)試得到的能量轉(zhuǎn)化效率。究其原因，一般認(rèn)為當(dāng)電池大面積化后，在薄膜中運(yùn)動(dòng)時(shí)電子損失增大，導(dǎo)致電池測(cè)試效率下降。

4 總結(jié)

針對(duì)我校材料類專業(yè)太陽(yáng)電池性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)中，部分學(xué)生不能很好理解電池性能差異和測(cè)試方法對(duì)測(cè)試結(jié)果影響較大的問(wèn)題，我們展示了電池封裝和測(cè)試方法對(duì)電池性能和測(cè)試結(jié)果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電池封裝對(duì)電池的測(cè)試效率影響明顯，而電池大面積測(cè)試導(dǎo)致電池效率急劇下降。該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，要獲得真實(shí)準(zhǔn)確的電池性能測(cè)試結(jié)果，需要完善的電池封裝工藝和科學(xué)的測(cè)試方法。這對(duì)于學(xué)生正確地認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果的關(guān)系、糾正“好的測(cè)試儀器就能真實(shí)準(zhǔn)確測(cè)出實(shí)驗(yàn)結(jié)果”這一片面思想是十分有益的。

【參考文獻(xiàn)】

[1]Xiaobo Zhang， Hanmin Tian， Xiangyan Wang， Guogang Xue， Zhipeng Tian， Jiyuan Zhang， Shikui Yuan， Tao Yu， Zhigang Zou， The role of oxygen vacancy-Ti3+ states on TiO2 nanotubes surface in dye-sensitized solar cells， Materials Letters， 2013， 100： 51-53.

[2]Xiaobo Zhang， Hanmin Tian， Xiangyan Wang， Guogang Xue， Zhipeng Tian， Jiyuan Zhang， Shikui Yuan， Tao Yu， Zhigang Zou， The different electron transport of two nanotubes incorporated in working electrode of dye-sensitized solar cells， Journal of Alloys and Compounds， 2013， 578： 309-313.endprint