大学实验教学中关于太阳电池性能测试的一点思考

张晓波　刘树龙　纪浩　黄飞鸿　胡程颖　金作明

【摘 要】大学实验教学应紧密跟踪当前学界和业界热点领域。我校材料类专业自2009年起开出太阳电池性能测试实验。在总结历届学生完成此实验项目时出现问题的基础上，初步研究了电池封装和测试条件对电池染料敏化太阳电池性能的影响。总结该实验结果，说明要获得真实准确的电池性能数据，不仅需要完善的电池封装工艺，也需要科学的测试方法。这对于学生正确地认识实验过程和实验结果的关系是十分有益的。

【关键词】大学实验教学；实验过程和实验结果；测试方法

大学实验教学应紧密跟踪当前学界和业界热点领域。我校材料类专业自2009年起开出太阳电池性能测试实验。在此实验项目的教学中，我们发现电池封装和测试条件对电池染料敏化太阳电池性能有明显影响。部分学生对此不十分理解，他们可能认为：有好的测试仪器，测出的结果就应该是“真实准确”的。有鉴于此，本工作展示了电池封装和测试条件对电池性能和测试结果的影响。实验结果表明，电池封装和测试条件对电池效率有较明显影响；说明要获得真实准确的电池性能数据，不仅需要完善的电池封装工艺，也需要科学的测试方法。这对于学生正确地认识实验过程和实验结果的关系是十分有益的。

1 实验教学中电池制备[1，2]

将6gP25（Degussa）纳米粉体与1g6.7%的硝酸，3g聚乙二纯（PEG-20000）混合，球磨8小时后取出，用500W细胞粉碎机超声分散1小时，得到的TiO2水溶胶直接用于涂布多孔膜。多孔膜经过退火处理后，静置于N719染料溶液中浸泡12小时。敏化后的多孔膜经过封装，完成电池制备。

2 封装对电池性能的影响

具体的封装测试条件如下：采用涂布机在3.5*2.5cm2FTO玻璃上刮膜，保证整个薄膜表面的厚度均一；成膜经过退火和染料浸泡后，采用热塑胶在工作电极上封装四块小电池，具体的封装方式如图1所示，封装后小电池I—V测试性能如图2所示：

从I—V测试结果看出，封装后四块小电池效率有较明显差别，说明需要进一步完善封装工艺，以保证电池性能稳定性。

3 受光面积对电池测试结果的影响

小面积和大面积测试，对电池I-V测试结果有非常大的影响。本实验中，我们对同一块电池进行了受光面积分别为2*1.8cm2和0.2cm2的I-V测试，I-V测试结果为：

可以看出，电池小面积测试得到的能量转化效率远高于大面积下测试得到的能量转化效率。究其原因，一般认为当电池大面积化后，在薄膜中运动时电子损失增大，导致电池测试效率下降。

4 总结

针对我校材料类专业太阳电池性能测试实验中，部分学生不能很好理解电池性能差异和测试方法对测试结果影响较大的问题，我们展示了电池封装和测试方法对电池性能和测试結果的影响。实验结果表明，电池封装对电池的测试效率影响明显，而电池大面积测试导致电池效率急剧下降。该实验说明，要获得真实准确的电池性能测试结果，需要完善的电池封装工艺和科学的测试方法。这对于学生正确地认识实验过程和结果的关系、纠正“好的测试仪器就能真实准确测出实验结果”这一片面思想是十分有益的。

【参考文献】

[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