Hình 1.11 biểu diễn mối quan hệ giữa các mức năng lƣợng trong một DSC.
Hình 1. 11 Mối quan hệ giữa các mức năng lƣợng trong DSC
Einjection là năng lƣợng đặc trƣng cho quá trình chuyển điện tử ở trạng thái kích thích (D*) của chất nhạy quang sang vùng dẫn của bán dẫn TiO2. Eregeneration đặc trƣng cho bƣớc chuyển điện tử từ I-
trong dung dịch điện ly sang dạng oxi hóa của chất nhạy quang (D+). Vùng còn lại (ECB – ERedox) đƣợc định nghĩa là hiệu điện thế lớn nhất mà một DSC có thể đạt đƣợc (VOC lớn nhất). Thế này phụ thuộc vào bán dẫn sử dụng chế tạo anode và dung dịch điện ly. Đối với trƣờng hợp bán dẫn là TiO2, cặp oxi hóa – khử trong dung dịch điện ly là I-/I3-, hiệu điện thế lớn nhất tính theo lí thuyết là 0,9 V. Giá trị thế này phụ thuộc vào thành phần của dung dịch điện ly vì ECB phụ thuộc cào các cation hấp phụ lên TiO2 nhƣ đã trình bày ở phần dung dịch điện ly.
Luận văn thạc sĩ Hóa học Phạm Lê Nhân
Khi tải ngoài đƣợc mắc vào một DSC chiếu sáng, cƣờng độ dòng thu đƣợc ở mạch ngoài I là tổng cộng của hai thành phần ngƣợc nhau IPh và ID:
I = IPh - ID (1.6)
Trong đó IPh là cƣờng độ dòng do các photon sinh ra từ ánh sáng chiếu vào chất nhạy quang, và ID là cƣờng độ dòng tái kết hợp hay còn gọi là dòng tối. Khi thế mạch hở đạt giá trị nhỏ nhất VOC = 0 (thế này đƣợc áp và giữ cố định bởi thiết bị đo), thì cƣờng độ dòng qua mạch ngoài lúc này là lớn nhất, cƣờng độ dòng này đƣợc gọi là dòng ngắn mạch, kí hiệu là Isc. Nếu xét trên một đơn vị diện tích, Isc trở thành JSC, gọi là mật độ dòng ngắn mạch. Khi đo đƣờng thế - dòng (I-V), ISC và VOC đƣợc biểu diễn nhƣ Hình 1.12.
Công suất cực đại của một DSC đƣợc biểu diễn bằng hình chữ nhật phần tô đen trên Hình 1.12. Từ điểm công suất cực đại, có thể xác định đƣợc giá trị cƣờng độ dòng Imax và Vmax tƣơng ứng. Hệ số điền đầy (ff) đƣợc xác định theo công thức:
(1.7)
Hiệu suất chuyển hóa năng lƣợng của một DSC là thông số vô cùng quan trọng để đánh giá chất lƣợng của DSC, hiệu suất chuyển hóa quang năng thành điện
Isc 0 Voc Vmax Pmax I V
Luận văn thạc sĩ Hóa học Phạm Lê Nhân
năng đƣợc xác định bằng tỉ số giữa công suất cực đại với công suất chiếu xạ của ánh sáng Pin.
η = (1.8)