[发明专利]大面积染料敏化太阳能电池模块设计性能的判定方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池设计技术领域，尤其涉及一种大面积染料敏化太阳能电池模块设计性能的判定方法。

背景技术

染料敏化太阳能电池(Dye Sensitized Solar Cell，DSSC)，或者称为格雷切尔电池(Gratzel Cell)，是由透明导电基板、半导体多孔纳米晶薄膜、电解质溶液以及镀铂对电极构成的“三明治”式结构。DSSC的结构与传统硅基太阳能电池相比，由于界面繁多，因此更加复杂。和硅基太阳能电池类似，DSSC的电路也可以用一个等效电路来描述。

DSSC模块指的是在一块完整的基板上有分隔开的区室，每个区室容纳了一个DSSC子电池，每个DSSC子电池都有相同的DSSC基本结构。大面积DSSC模块根据这些子电池的内部连接方式的不同，可以分为并联连接模块和串联连接模块。其中，并联连接模块指的是子电池之间的基板是导通的，并可以通过栅线促进电子的收集，模块能够输出相当于所有子电池输出之和的电流。串联连接模块指的是子电池之间的导电基板是不导通的，通过特殊的设计达到子电池串联的效果，模块能够输出相当于所有子电池输出之和的电压。串联连接模块中又因为结构的差异分为W型串联模块和Z型串联模块。图1是常见的DSSC模块结构示意图，图1(a)为并联连接模块结构示意图，图1(b)为W型串联连接模块结构示意图，图1(c)为Z型串联连接模块结构示意图；图1中，101为光阳极板，102为封装材料，103为镀铂对电极，104为基板。

日本夏普公司的韩礼元提出了简化的DSSC电路，并研究了影响其中各个元件大小的因素，得到了通过减小部分元件的阻值大小来提高DSSC性能的结论。东北大学的Kenichi Ishibashi等人利用拟合的方法从一次测量的I-V特性曲线中得到了被研究DSSC的所有基本参数。中科院物理所的戴松元老师研究了金属栅极的厚度，长度以及宽度对于电池效率的影响。虽然目前对于单块DSSC性能模拟的方法很多，综合这些研究现状可以发现，对于DSSC模块整体性能随电池设计的研究却还不够充分。

电池设计对于DSSC模块获得最高的效率具有十分重大的意义。合理的电池设计能够在节约电池面积的同时，尽可能地提高电池的输出功率。而通过计算模拟对电池设计性能进行判定，可以预测不同的电池设计将会产生怎样的输出效果，并且可以给出一些在实验或者生产中难以达到的条件下电池的性能。利用计算模拟得出的结果来指导电池设计，既节约了实验的成本和时间，又有相当的参考价值。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种大面积染料敏化太阳能电池模块设计性能的判定方法，能够模拟内部不同连接、不同设计的DSSC模块，进而评估DSSC模块的性能。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案是，一种大面积染料敏化太阳能电池模块设计性能的判定方法，其特征是所述方法包括下列步骤：

步骤1：将待测DSSC模块的子电池的DSSC基本结构等效为由恒流源、二极管、旁路电阻、基板电阻、电解质电阻和电极电荷传输电阻组成的等效电路；其中，所述恒流源、二极管和旁路电阻并联组成并联电路，然后并联电路与基板电阻、电解质电阻和电极电荷传输电阻串联；

步骤2：取与待测DSSC模块组成和结构相同的另一块DSSC模块作为验证DSSC模块；

步骤3：利用拟合的方法从一次测量的I-V特性曲线中得到验证DSSC模块的子电池的基本参数；所述基本参数包括：恒流源处产生的光电流I′_ph，二极管的反向饱和电流I′₀，元电荷q′，二极管的理想因子n′，波尔兹曼常数k′_b，热力学温度T′，输入电压V′，输出电流I′旁路电阻R′_sh，基板电阻R′_tco、电解质电阻R′_w和电极电荷传输电阻R′_ct；

步骤4：计算待测DSSC模块的子电池的旁路电阻R_sh、基板电阻R_tco、电解质电阻R_w和电极电荷传输电阻R_ct的阻值；