人工晶体学报

作者：程友良, 杜慧彬, 张忠宝, 王凯

单位：1.华北电力大学动力工程系,保定 071003; ；2.华北电力大学,河北省低碳高效发电技术重点实验室,保定 071003

关键词：染料敏化太阳能电池,电子传输模型,孔隙体积,比表面积,电子寿命,数值模拟,光电转换效率,

基金：保定市科技计划基础研究专项(2372P014)

针对染料敏化太阳能电池(DSSC)而言,其光阳极的材料特性与设计参数对DSSC性能具有显著影响。为了深入研究这一影响,本文采用数值模拟的方式,以探究光阳极结构变化对DSSC性能的详细影响。但目前的数学模型不够完善且预测精度较低,因而本文在光电子传输理论和朗伯比尔定律的基础上,采用常数堆叠法和可变堆叠法将孔隙率对电子扩散系数的影响引入到DSSC的数学模型中,建立了更加完善且精确的电子传输模型,该模型能够更深入剖析光阳极结构参数变化对DSSC性能的影响。通过数值模拟了在不同孔隙体积、电子寿命、SnO2涂层厚度及比表面积下DSSC的性能。结果发现:随着SnO2薄膜孔隙体积的增加,太阳能电池的短路电流密度逐渐减小,而开路电压则呈增大趋势,这导致光电转换效率逐渐降低。当孔隙体积达到0.10 cm3/g时,DSSC光电转换效率达5.16%,因此在保证电池刚性的前提下,尽量降低SnO2的孔隙体积,有利于吸收系数和扩散系数的提升,这两个参数的提升有利于DSSC整体性能的提升,同时电子寿命的延长会带来太阳能电池短路电流密度和开路电压的增大,进而提升光电转换效率,当电子寿命达到200 ms时,光电转换效率达到5.82%。本研究通过详细的数值模拟分析,为优化光阳极结构从而提升DSSC的光电性能提供了有力的理论指导,有助于进一步推动DSSC的研究与应用。

来源：2024年第9期

《人工晶体学报》期刊编辑部

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