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EKO PSL-100 电子寿命及电子扩散长度测试系统

eko PSL-100 电子寿命及电子扩散长度测试系统
通常对于染料敏化电池(简称为DSSC)材料研究的评估,大部分是在组装成太阳能电池后进行的。为了提高太阳能电池的转换效率,必须提高电池的短路电流(Isc)和开路电压(Voc);众所周知,电池内电子转换的特征对于这二者的影响最为明显。如果在DSSC多孔电极内的电子转换过程能被确定,就可以在材料开发过程中获得更多细节上的指导,有利于加快开发过程。
电子寿命和扩散系数测量系统“PSL-100”测量电子转换特征,电子扩散系数(D)和电子寿命(τ),对于样品尺寸大小的DSSC,基于SLIM-PCV(光电流和光电压的步进式光诱导瞬态测量)原理。

电子扩散长度
“电子扩散长度”意即转换电子从被光照激发到复合的距离。
换句话说,如果DSSC多孔半导体电极的厚度大于扩散长度,则所有的光激发电子不能被提取。
故,电子扩散长度可以用电子扩散系数和电子寿命表述为:

SLIM-PCV方法
电子扩散系数和电子寿命的测量,是通过步进式轻微调节照射在染料敏化电池表面步进式轻微调节的辐射量,然后测量电池输出的短路电流或开路电压的瞬态响应波形曲线,然后进行指数拟合运算(exp(-t/τ))。
一次测量只需几秒钟,因此这样测量时不需要用考虑瞬态变化;相比于其他光电化学方法测量,可以在更短的时间获得相同的测量结果,更可靠。
另外,DSSC的电子扩散系数和电子寿命通常与辐照有关。这样,从这些数据中用“变化提取方法”测量电子密度,评估电子转化特征。

参考:*1) Nakade, S.; Kanzaki, S.; Wada, Y.; Yanagida, S. Langmuir, 2005, 21, 10803.
*2) Duffy, N.W.; Peter, L.M.; Rajapakse, R.M.G.; Wijayantha, K.G.U., Electrochemistry Communications 2000, 2, 658


PSL-100测量实例

1) 电子扩散系数
当照度的微小变化时通过拟合(exp(-t/τ))和短路电流Isc获得常数τc
然后通过如下公式,代入τc即可得到扩散系数:
D=L2/2.77τc (L: 半导体电极薄膜厚度)
2) 电子寿命
测量DSSC多孔电极内电子与染料或电解液(I3-)的复合时间。
通过计算(exp(-t/τ))和开路电压Voc,得到寿命
3)电子密度测量
通过保持电池光照,在开路电压条件下,光照激发的电子被封在电池里。在关掉光源的同时,通过短路电流提取光照激发的电子。
对电流反应的曲线和时间的积分,以及电极体积,可得到电子密度。


PSL-100数据分析图例
通过改变辐照度,观察电子转换特征,从这些数据中,可以很容易。从而可以分析材料和工艺的影响。
PSL-100的软件,很直观的可以看到这些数据。




激光光源:
EKO可为本产品配置不同的激光激发光源,以适应不同的材料应用。
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