IPCE简介及其在DSSC中的应用.doc

IPCE简介及其在DSSC中的应用 摘要：本文简明扼要的对IPCE做了介绍，其中包括原理、基本的概念、在太阳能方面的使用。也对其测试仪器系统做了介绍，包括仪器的组成、原理、使用的方法等。最后着重介绍了其在DSSC中的使用，并分析了其在DSSC中所起的重要作用，通过具体实例可以加强对IPCE的理解和认识。 关键字：IPCE;光电转换效率；DSSC；应用 1. 随着人类社会的进步能源问题和环境问题已经成为了制约人类社会发展的两大热点题。太阳能作为一种绿色、安全、无污染、取之不尽用之不竭的新能源，已经成为了目前最有潜力取代常规化石能源的成为人类社会主流能源之一的新能源。染料敏化纳米晶太阳能电池（Dye Sensitized Solar Cells 简称DSSC）作为太阳能电池的一种，自1991年瑞科学家Gr?tzel报道以来，以其寿命长、生产工艺简单、能源回收周期短、成本低、生产过程中无毒无污染的优势迅速发展为行业内备受人们关注的研究热点。电转化效率入射单色光子电子转化效率(monochromatic incident photon-to-electron conversion efficiency，用缩写IPCE表示)定义为单位时间内外电路中产生的电子数Ne与单位时间内的入射单色光子数Np之比其数学表达式：IPCE= 1240 Isc / (l Pin)其中Isc、l和Pin所使用的单位分别为μA cm-2 、nm和W m-2。，IPCE与光捕获效率LHE (l)、电子注入量子效率finj及注入电子在膜与导电玻璃的后接触面上的收集效率fc三部分相关公式所以对于同一体系两者相比，IPCE (l)能更好地表示电池对的利用程度因为f (l)只考虑了被吸收光的光电转化而IPCE (l) 既考虑了被吸收光的光电转化又考虑了程度。譬如，若某的光捕获效率为1%，而实验测得 f (l) 为90%，但其IPCE (l) 只有0.9%。作为太阳能电池，必须考虑所有入射光的利用，所以用IPCE (l) 表示其光电转化效率更合理；作为LB膜或自组装膜平板的研究主要用来筛选染料而不太注重光捕获效率，所以常用f (l)表示光电转化效果。在染料敏化太阳能电池中，IPCE (l) 与入射光波长之间的关系曲线为光电流工作谱。 太阳能电池的IPCE是指太阳能电池的电荷载流子数目与照射在太阳能电池表面一定的数目的比率。因此，太阳能电池的IPCE与太阳能电池对照射在太阳能电池表面的各个波长的光的响应有关。太阳能电池的IPCE与光的波长或者有关。如果对于一定的波长，太阳能电池完全吸收了所有的光子，并且我们搜集到由此产生的少数（例如，电子在P型材料上），那么太阳能电池在此波长的IPCE为1。对于低于的光子，太阳能电池的IPCE为0。理想中的太阳能电池的IPCE是一个，也就是说，对于测试的各个波长的太阳能电池IPCE是一个常数。但是，绝大多数太阳能电池的IPCE会由于再结合效应而降低，这里的电荷载流子不能流到外部电路中。用术语来说的话，综合器件的厚度和入射光子规范的数目来说，太阳能电池的可以被看作是太阳能电池对单一波长的能力。太阳能电池的IPCE通过用波长可调的单色光照射太阳能电池，同时测量太阳能电池在不同波长的单色光照射下产生的短路电流,从而得到太阳能电池的IPCE。通常太阳能电池IPCE的测试需要由宽带光源、单色仪、模块、光强校准模块、计算机控制和数据采集处理模块组成。 图1-1 IPCE的直流测量法原理图[2] 2 IPCE在DSSC中的应用 如图2-2所示，对染料的IPCE测定以及对太阳能电池中TiO2的IPCE的测定。在实验开始测试时，首先用A通道接标准硅电池，通过调节短路电流，保证达到一定的信噪比，确保测量的精确度。通过测试出的结果和从已知数据中导入的标准数据进行校正，就可以在用软件进行处理时扣除仪器等因素的影响，从而提高准确度。从下图中可以看出TiO2主要在400nm处有强吸收峰，在对染料敏华太阳能电池的光阳极进行参杂修饰时可以除去TiO2的影响，从而分析所参杂物质对应的吸收峰，以此来探究影响染料敏化太阳能电池光电转换效率的因素，从而更好的提高其光电转换效率，已达到实用目的。此外，通过此图，还可以看出不同染料对光的响应波段不同，当所合成制备出的材料在800nm以上对光有响应时， 就只能用在此波段有光电转换的染料，也就是图中的黑色线[4]。否则，所产生的机理也就不同于染料敏化电池，也就不能通过IPCE来表征。此外，对上转换材料在染料敏化太阳能电池中的应用，通过IPCE也能进行很好的观察，比如在近红外波段，假如合成的某物质对光有吸收，就可以将其通过上转换转换到可见光区，从而提高太阳能电池的光电转换效率。 图2-2 染料及TiO2的IP