[發明專利]用于染料敏化太陽電池的環保型電解質組合物及其制造方法

無效

• 申請號: 200710061327.X
• 申請日: 2007-09-30
• 公開（公告）號: CN101134833A
• 公開（公告）日: 2008-03-05
• 發明（設計）人: 蔡寧;趙穎;張曉丹;熊紹珍;張建軍;孫建;魏長春
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: C08L27/16
• 分類號: C08L27/16;C08L23/12;C08K5/109;H01L31/02;H01L31/04;H01L51/46;H01L51/42;H01G9/20
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司
• 代理人: 廖曉榮

【技術領域】

本發明涉及一種染料敏化太陽電池及其制造方法，尤其涉及一種染料敏化太陽電池用的環保型電解質組合物及其制造方法。

【背景技術】

隨著世界人口的增加、生產水平的高漲，能源消耗的需求持續上升，化石燃料等一次性能源的日益枯竭，能源問題已經成為全人類生存與發展所面臨的嚴峻挑戰。發展新能源、開發新門類能源材料，是人類進入21世紀必須解決的重大課題。太陽能作為一種可再生能源，具有其它能源所不可比擬的優點。太陽能光伏發電是太陽能利用的一個重要方面。近些年太陽電池受到了全世界的廣泛關注。染料敏化太陽電池(Dye-Sensitized?Solar?Cell，DSSC)是最近20年基于納米技術發展起來的一種新型太陽電池門類，這種電池成本低，制造工藝簡單，雖然其轉化效率和穩定性在現階段還有待提高，但是該電池仍被認為是最有應用前景的一類太陽電池，特別是對于光伏產業發展比較晚的國家來說，對這種新型電池進行開發研究，顯得尤為重要。

染料敏化太陽電池主要由納米多孔半導體薄膜(如TiO₂納米薄膜)、染料敏化劑、氧化還原電解質、對電極和導電基底等幾部分組成。其工作原理可概括為：染料分子吸收太陽光后從基態躍遷到激發態；激發態的電子迅速注入到納米半導體的導帶中，隨后擴散至導電基底，經外回路轉移至對電極；處于氧化態的染料被還原態的電解質還原再生；氧化態的電解質在對電極接受電子被還原，從而完成了電子輸運的一個循環過程。由此可見，電解質在整個過程中起到還原染料和傳送電子的作用，是構成完整的電荷輸運循環中不可或缺的關鍵環節，是染料敏化太陽電池的重要組成部分。

目前，染料敏化太陽電池用電解質通常包括以下各組分：

A、有機溶劑，如乙腈、3-甲氧基丙腈、丙腈等等腈類溶劑；和

B、電化學可逆性好的氧化還原電對I₃^-/I^-，它們可由無水碘化物(LiI、KI等)、單質碘(I₂)、咪唑碘(如3-己基-1-甲基咪唑碘、3-乙基-1-甲基咪唑碘)作為提供物；和

C、光陽極配合劑，如4-叔丁基吡啶。

對于準固態電解質，還包括：

D、凝膠劑，如聚偏氟乙烯、偏氟乙烯六氟丙烯共聚物和聚丙烯腈等小分子有機物、高分子聚合物或納米無機粒子等；和

E、增塑劑，如碳酸乙烯酯(EC)、或碳酸丙烯酯(PC)兩者之一或兩者混合。

通常，電解質的制造過程是將以上組分溶于腈類溶劑中，經加熱、攪拌和蒸發后獲得液態或準固態電解質。腈類溶劑的溶解性很強，對以上各電解質組分的溶解性都較好，繼而染料敏化納米太陽電池的可以獲得比較高的光電轉換效率。因此腈類溶劑是當前染料敏化納米太陽電池用電解質及其制造過程中最見的化學溶劑。

但是，腈類溶劑通常有劇毒，對于電解質生產者的身體健康有不利影響。而且，生產準固態電解質的溶劑需要蒸發工藝，腈類溶劑的排放容易造成環境污染。此外，當染料敏化太陽電池破裂，或者由于液態電解質對密封材料的侵蝕而泄漏，或者染料電池到了使用壽命后需要處理和回收時，有毒溶劑的存在又將帶來附加處理的難度。

【發明內容】

太陽電池以其安全、清潔、對環境無污染等優點著稱。傳統DSSC電解質中有毒溶劑的使用，將會對環境造成污染，這和太陽電池的本意相悖，因此努力予以改進是急需的。

本發明的目的旨在克服上述現有技術的不足，而提供一種用于染料敏化太陽電池的環保型電解質組合物。

本發明提供的用于染料敏化太陽電池的電解質組合物包括有機溶劑、氧化還原電對的提供物、光陽極配合劑、有機膠凝劑，其特征在于該電解質組合物包括至少兩種無毒可互溶的有機溶劑，所述電解質組合物以每升有機溶劑中包含的各組分含量為：

有機溶劑：1L；

氧化還原電對的提供物：0.025～0.5mol?LiI或KI兩者中至少一種和0.0125～0.25mol?I₂；

光陽極配合劑：0.1～1mol；

有機物凝膠劑：0～100g。

所述電解質組合物中還可以含有0.05～0.3L的增塑劑。

本發明的電解質組合物克服了一種溶劑溶解能力有限的缺點，也不含有毒溶劑，是一種環保型的電解質。

為克服現有技術的不足，本發明進一步提供了一種用于染料敏化太陽電池的環保型準固態電解質組合物的制造方法。