色素增感太阳能电池的光伏特性的氧化锌纳米管和TiO₂奈米结构

文摘

纳米管是极其敏感的电子运输当地的静电环境由于其体积小,大的表面体积比和高流动性。其中,氧化锌和钛是友好环境,保证材料。染料敏化太阳能电池(DSSC)是唯一的太阳能电池,可以提供灵活性和透明度,但它的转换效率是影响生理和形态参数,如厚度,串联电阻(Rs),理想因子(n),饱和电流(是),分流电阻(Rsh)和光电流在细化阶段(Iph)以及他们的正常使用。本文提出一种模拟氧化锌纳米管染料敏化太阳能电池的光伏特性和二氧化钛纳米结构,通过提取出太阳能电池参数直接影响太阳能电池输出:转换效率,填充因子,短路光电流密度Isc和开路电压Voc。此外,我们回顾几何和输出参数之间的关系

关键字

氧化钛纳米管,锌、模拟、光电、物理产品

介绍

色素增感太阳能电池(DSSCs)在最近几十年,已经备受关注下一代太阳能电池由于其显著的高转换效率结合其易用性和低成本的制造业。它是基于太阳能灯收获的敏化染料(SD)连接到一个宽禁带半导体。太阳能转换成电能的过程在DSSC包括SD吸附表面的宽禁带n型金属氧化物半导体纳米粒子(1](通常二氧化钛、氧化锌、SnO2 Nb2O5,等等)。

氧化物材料的选择对于许多这些系统的二氧化钛。其属性密切相关的材料内容,化学成分、结构和表面形态。从材料的内容和形态,两种晶体形式的二氧化钛很重要,锐钛矿和金红石(第三形式,板钛矿,是很难获得)。锐钛矿的低温稳定形式并给出了介观电影是透明,无色2,3,4,5]。

氧化锌的应用中激子的太阳能电池,XSCs,(有机染料敏化和混合)不断上升在过去的几年里与研究最多的半导体氧化物由于其相似之处,二氧化钛。氧化锌呈现类似的带隙值和导带位置以及比二氧化钛高的电子迁移率。它可以合成各种nanoforms应用直接和可伸缩的合成方法(6- - - - - -10]。特别是,垂直的姿势氧化锌纳米结构的应用被认为改善供体和受体材料之间的接触在有机太阳能电池(osc),或改善染料敏化太阳能电池的电子注入(DSSCs)。雷竞技网页版

发明以来,染料敏化太阳能电池(DSSC) [11),一些重大进展使达成效率高于11%,这种类型的太阳能电池(12]。直到现在,主要的一部分光电阳极DSSC的研究主要集中在二氧化钛纳米结构。然而,氧化锌半导体可以是一个不错的选择,因为它可以展示几个优点与二氧化钛半导体相比,如直接带隙(3.37 eV),更高的激子结合能(60 meV)二氧化钛(4兆电子伏)相比,和更高的电子迁移率(200 cm2它们s - 1) /二氧化钛(30 cm2V-1 s - 1)类似的带隙能级(13,14]。此外,几种类型的氧化锌纳米结构具有不同的几何形状可以很容易地增加,如纳米颗粒、纳米线、纳米棒、纳米带(15- - - - - -18]。然而,太阳能能量转换效率要低两次基于氧化锌比二氧化钛太阳能电池太阳能电池由于某种原因仍不明。

这些工作,现在氧化锌纳米管之间的比较研究,二氧化钛色素增感太阳能电池纳米结构(DSSC)通过提取出太阳能电池参数直接影响太阳能电池输出:转换效率,填充因子,短路光电流密度Isc和开路电压Voc。此外,几何参数的基本材料发挥重要作用在物理参数和输出参数,因此,我们审查输出参数和几何参数之间的关系。

材料和方法

太阳能电池模型

模型的叠加原理适用的太阳能电池可以用表示为情商。(1)包括发光电流源(Iph),串联电阻(Rs)和分流电阻(Rsh)。

Iph, n, Rs,谷胱甘肽(= 1 / Rsh)光电流,饱和电流的二极管,二极管质量因素,分别串联电阻和并联电导。Ip是并联电流和β= q / kT通常是逆热电压。

制造商提供的测量数据包括电流-电压曲线,开路电压(Voc)并联电路电流(Isc)和电压(Vmpp),当前(Impp)和电力(Pmax)在最大功率点(MPP),测量在给定温度下的标准是1.5太阳光谱辐照度100 mW /平方厘米。在情商建立太阳能电池模型。(1),五个太阳能电池参数方程:Rs, Rsh, n,是和Iph必须使用厂家提供的数据提取。

方法

•对于大多数实际照明太阳能电池我们通常认为这是< < Iph,给出的光电流可以近似Isc≈Iph, Isc哪里短路电流。这个近似是高度可接受在后续计算和介绍了没有明显的错误(19]。

•从反向并联电导谷胱甘肽是评估或直接偏差特征通过一个简单的线性适应(20.]。谷胱甘肽的计算值为当前Ip = GshV分流。

•理想因子的确定和串联电阻,测量电流-电压特性是纠正考虑并联电导值的获得和V +肢体重复性劳损症> > kT,电流电压关系变成了:

通过编写关系(2)在其对数的形式(21]。

和(V0, I0)是一个点的电流-电压曲线。

线性回归方程(3)给n和Rs,但当Rs较低或当多个传导过程进行干预时,Rs的决心变得困难,所以,为了更好的准确性我们考虑一系列族化合物的数据给一组X - Y的值,与我不同的从1到n .然后我们计算X和Y值I0 = Ii0我我= = Ii0 + 1。这给了(n - 1)对x - y数据。我们重新开始I0 = Ii0 + 1和我= Ii0 + 2 (n - 2)额外的x - y数据,等等,I0 = 1。最后,我们获得N (N - 1) / 2双x - y数据线性回归意味着更多的值。

用这种方法最有趣的一点是,我们没有任何限制条件的电压跳,很容易使用。

最后,饱和电流是评估基于电流-电压数据使用一个标准的方法通过绘制ln (Iph-Icr)与录像机方程(4)。注意Icr-Vcr数据纠正当前电压电流-电压数据考虑串联电阻的影响,电流-电压测量的电流电压数据。

当我们绘制ln (Ic) (Ic = Iph-Icr)和录像机,它给了一条直线,收益率从拦截桠溪。

Resulta和讨论

电流电压(电流-电压)二氧化钛纳米结构的特点非常取自Jingbin et al。(2010)和电流电压(电流-电压)氧化锌纳米管的特点是取自方结23:23等的工作。两个特征对应于较高的光电性能,η= 6.00%,FF = 58.33%, Isc = 15.25 macm-2二氧化钛纳米结构和Voc = 0.67 v,氧化锌纳米管η= 1.18%,FF = 0.58%, Isc = 3.24 macm-2和Voc = 0.68 v。

提取的参数获得使用的方法在这里Dey-Sensitized太阳能电池基于二氧化钛纳米结构和氧化锌纳米管表1测试的质量,适合实验数据,计算误差百分比如下:

二世,卡尔是当前计算对于每一个Vi,通过求解隐式Eq。(1)确定的一组参数(Iph n Rs、谷胱甘肽)。Vi (Ii)分别测量电流和电压在第i个点N考虑测量数据点。

统计分析的结果也被执行。均方根误差(RMSE)均值偏移误差(MBE)和平均绝对误差(MAE)精度的根本措施。因此,RMSE MBE和梅:

N是测量数据的数量考虑在内。

获得满意的协议的提取参数。统计指标的准确性是获得这项工作的方法表1。

数据1和2显示电流-电压实验的情节特征和拟合曲线由方程(1)的参数如表1所示Dey-Sensitized太阳能电池基于二氧化钛纳米结构氧化锌纳米管。

太阳能电池参数提取是一个至关重要的质量控制和评价太阳能电池的性能,这个参数是:串联电阻,并联电导,饱和电流,二极管质量因素和光电流。一个简单的方法提取太阳能电池参数,基于测量的电流电压数据。色素增感太阳能电池的方法已经成功地应用于基于二氧化钛纳米结构和氧化锌纳米管在不同的温度。

协议是观察不同DSSCs好,特别是对于二氧化钛纳米结构太阳能电池与统计误差不到1%,2%,氧化锌纳米管分别DSSC的太阳能电池,主要属性较低的寄生损失,我们可以观察到较低的串联电阻0.025923Ω相比0.383441Ω分别二氧化钛纳米结构和氧化锌纳米管的太阳能电池。

有趣的点与所述过程之间的关系的结果,在五个太阳能电池参数抽取,解释的差异不同DSSCs的转换效率。

厚度对输出参数

无花果。3- - - - - -4显示的影响几何参数(厚度)输出参数:FF, Isc, Voc,ηdyesensitized太阳能电池基于氧化锌纳米管具有不同的长度。短路光电流密度(Isc)获得纳米管为0.7,1.5,2.9和5.1μm长度分别为0.68,1.51,2.50和3.24 mA厘米−2,分别。最高1.18%的光伏性能(开路电压Voc = 0.68 V和填充因数FF = 0.58)实现的示例5.1μm长度。这个效率是有吸引力的,考虑到膜厚度只有5.1μm和散射层。DSSC的Voc减少氧化锌纳米管的长度增加,这可能是暗电流的增加相关尺度的氧化锌薄膜的表面区域如图所示Jingbin et al。

无花果。5- - - - - -6显示几何参数的影响(厚度)输出参数:FF, Isc, Voc,ηdyesensitized太阳能电池基于二氧化钛纳米结构生长在氢氧化钠溶液和不同浓度(0.5、1、3、10 M)和不同长度。短路光电流密度(Isc)获得纳米结构为11.68,15.11,24.10,(太厚来衡量)μm长度分别为10.26,15.25,10.2和3.71 mA厘米−2,分别。

最高6.00%的光伏性能(开路电压Voc = 0.67 V和填充因数FF = 58.33)实现的示例15.11μm长度(22]。。

两个DSSCS氧化锌纳米管和二氧化钛纳米结构(N719)染料敏化剂使用,DSSC的photon-current转换效率使用0.7,1.5,2.9和5.1μm氧化锌纳米管长度分别为0.32%,0.62%,0.83%和1.18%,远低于那些二氧化钛纳米结构DSSCS(即:4.40%、6.00%、4.84%和1.44%)。光电性能之间的差异,这两种类型DSSCs观察,一个高的光伏性能是由二氧化钛纳米与不同厚度和氢氧化钠浓度范围,转换效率从4.40%至0.5米增加到最大值的6.00%在1 M,这对应于高短路光电流密度15.25 mA cm-2。与氧化锌纳米管DSSC相比,较高的转换效率是1.18%对应高短路光电流密度3.24 mA cm-2。造成这种差异的原因是基于材料属性(氧化锌和二氧化钛),加工的方法和不同的测量电流-电压特性的温度和光照条件。,氧化锌材料并不容易,它的属性是极大地受到外部条件的合成方法、温度、测试大气空气,真空或照明,例如,最小的形状变化氧化锌(nanoparticules,纳米棒,纳米尖端等等),这反过来又可以产生不同的属性,影响界面与任何有机半导体或染料分子。,二氧化钛是一种引人入胜的材料,具有非常广泛的不同的特性,导致其使用在不同的应用程序,如牙膏添加剂。

结论

在这个贡献,一个简单的实验之间的比较研究和仿真工作改善deysensitized太阳能电池性能的两个基于二氧化钛nanostrucures DSSCs和氧化锌纳米管,在不同条件下的温度。太阳能电池的物理参数的评价:串联电阻(Rs),理想因子(n),饱和电流(是),分流电阻(Rsh)和光电流(Iph)测量电流电压特性用作者提出的数值方法获得的结果进行了比较,提出了牵引DSSCs,比我们现在的几何参数对输出参数的影响是:转换效率,填充因子,短路光电流和开路电压,我们观察到一个高的光伏性能的二氧化钛nanostrucures最大转换效率6% - 1.18%氧化锌纳米管。不同的DSSCs给出好的结果,尤其是在dey-sensitized二氧化钛nanostrucures,证明实验工作。

确认

我们要感谢LESIMS实验室的所有成员,特别是我们的主管公关Djamel Eddine MEKKI建议和帮助,我妻子Nadia Nehaoua对她的理解和支持。

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