大學實驗教學中關于太陽電池性能測試的一點思考

張曉波　劉樹龍　紀浩　黃飛鴻　胡程穎　金作明

【摘 要】大學實驗教學應緊密跟蹤當前學界和業界熱點領域。我校材料類專業自2009年起開出太陽電池性能測試實驗。在總結歷屆學生完成此實驗項目時出現問題的基礎上，初步研究了電池封裝和測試條件對電池染料敏化太陽電池性能的影響。總結該實驗結果，說明要獲得真實準確的電池性能數據，不僅需要完善的電池封裝工藝，也需要科學的測試方法。這對于學生正確地認識實驗過程和實驗結果的關系是十分有益的。

【關鍵詞】大學實驗教學；實驗過程和實驗結果；測試方法

大學實驗教學應緊密跟蹤當前學界和業界熱點領域。我校材料類專業自2009年起開出太陽電池性能測試實驗。在此實驗項目的教學中，我們發現電池封裝和測試條件對電池染料敏化太陽電池性能有明顯影響。部分學生對此不十分理解，他們可能認為：有好的測試儀器，測出的結果就應該是“真實準確”的。有鑒于此，本工作展示了電池封裝和測試條件對電池性能和測試結果的影響。實驗結果表明，電池封裝和測試條件對電池效率有較明顯影響；說明要獲得真實準確的電池性能數據，不僅需要完善的電池封裝工藝，也需要科學的測試方法。這對于學生正確地認識實驗過程和實驗結果的關系是十分有益的。

1 實驗教學中電池制備[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小時后取出，用500W細胞粉碎機超聲分散1小時，得到的TiO2水溶膠直接用于涂布多孔膜。多孔膜經過退火處理后，靜置于N719染料溶液中浸泡12小時。敏化后的多孔膜經過封裝，完成電池制備。

2 封裝對電池性能的影響

具體的封裝測試條件如下：采用涂布機在3.5*2.5cm2FTO玻璃上刮膜，保證整個薄膜表面的厚度均一；成膜經過退火和染料浸泡后，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測試性能如圖2所示：

從I—V測試結果看出，封裝后四塊小電池效率有較明顯差別，說明需要進一步完善封裝工藝，以保證電池性能穩定性。

3 受光面積對電池測試結果的影響

小面積和大面積測試，對電池I-V測試結果有非常大的影響。本實驗中，我們對同一塊電池進行了受光面積分別為2*1.8cm2和0.2cm2的I-V測試，I-V測試結果為：

可以看出，電池小面積測試得到的能量轉化效率遠高于大面積下測試得到的能量轉化效率。究其原因，一般認為當電池大面積化后，在薄膜中運動時電子損失增大，導致電池測試效率下降。

4 總結

針對我校材料類專業太陽電池性能測試實驗中，部分學生不能很好理解電池性能差異和測試方法對測試結果影響較大的問題，我們展示了電池封裝和測試方法對電池性能和測試結果的影響。實驗結果表明，電池封裝對電池的測試效率影響明顯，而電池大面積測試導致電池效率急劇下降。該實驗說明，要獲得真實準確的電池性能測試結果，需要完善的電池封裝工藝和科學的測試方法。這對于學生正確地認識實驗過程和結果的關系、糾正“好的測試儀器就能真實準確測出實驗結果”這一片面思想是十分有益的。

【參考文獻】

[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