[發明專利]基于氧化鈦凝膠電解質的染料敏化太陽能電池及制備方法

無效

• 申請號: 200910089281.1
• 申請日: 2009-07-13
• 公開（公告）號: CN101635204A
• 公開（公告）日: 2010-01-27
• 發明（設計）人: 韋天新;金立國;翟錦;劉建軍
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/022;H01M14/00;H01L51/42;H01L51/48;C01G23/053
• 代理公司: 北京理工大學專利中心
• 代理人: 張利萍

技術領域

本發明屬于化學和化工技術領域，具體涉及基于氧化鈦凝膠電解質的染料敏化太陽能電池及制備方法。

背景技術

染料敏化太陽能電池由于其低廉的成本、光電轉換效率高、穩定以及制作工藝簡單而受到人們的廣泛關注。其主要結構包括透明導電基片與多孔納米晶半導體薄膜、捕獲光子的光敏劑、電解質以及對電極四部分。其中電解質位于光陽極和對電極之間，它承擔了染料再生和空穴輸運的作用。

目前報道的效率最高的11％的器件就是采用液態電解質，但液態電解質存在以下缺點：

①由于大部分的敏化劑為有機物，液態電解質的存在易導致染料脫附；

②有機溶劑易于揮發，可能與敏化染料作用導致染料降解；

③液態電池的密封工藝復雜，密封劑可能與電解質反應，長期放置可能造成電解液泄漏；

④光生電荷在光陽極的遷移靠擴散控制，由擴散控制的載流子遷移速率很慢，在高強度光照時光電流變得不穩定；

⑤離子遷移的不可逆性也不能完全排除，因為除了氧化還原循環之外的其它反應不可能完全避免。離子反向遷移導致光生電荷復合機會增加，降低光電轉換率；

⑥電池形狀設計受到限制。液態電解質的這些缺陷使人們轉而尋找新的空穴傳輸材料來代替液態電解質，因而準固態和固態空穴傳輸材料得到了發展。

為解決上述問題，一種有效的方法是用離子液體膠凝電解質代替液體電解質，離子液體膠凝化既具有液體電解質的離子擴散速度快，電導率高的特點，還具有低揮發性和溫度穩定性能提高染料敏化太陽能電池的長期穩定性，并且能夠解決電池封裝等使用問題。

氧化鈦凝膠電解質工藝簡單，容易制備，不需要較高的溫度處理。其具有很好的穩定性，離子擴散速度快，離子電導率高，并有很好的膠凝性。這種凝膠所制成的復合凝膠具有力學的觸變性，在外力作用下電解質易于浸潤到半導體膜的微孔中，并能通過粘著力和黏附力能牢固將半導體膜與對電極粘附在一起，便于電池的組裝和封裝，適宜于工業化生產凝膠電解質準固態染料敏化太陽能電池。

發明內容

本發明的目的在于解決目前染料敏化太陽能電池用液態電解質封裝困難以及穩定性能較差性的問題，而提供基于氧化鈦凝膠電解質的燃料敏化太陽能電池及制備方法。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的。

本發明提供一種基于氧化鈦凝膠電解質的染料敏化太陽能電池，它由透明導電基片與多孔納米晶半導體薄膜、捕獲光子的光敏劑、電解質以及對電極五部分組成；其中，電解質為氧化鈦凝膠電解質，它由氧化鈦的前驅體溶膠、離子液體、有機溶劑、碘、碘化物和改性劑組成；所述離子液體與有機溶劑以體積比為任意比構成混合溶劑；所述碘相對混合溶劑的濃度為0.01-1mol/L；所述碘化物相對混合溶劑的濃度為0.01-1mol/L；所述改性劑相對混合溶劑的濃度為0.1-5mol/L；所述氧化鈦前驅體溶膠與碘、碘化物、改性劑以及混合溶劑所構成的溶液的體積比為任意比。

所述的氧化鈦前驅體溶膠是通過如下一種化合物水解或醇解制備而成：鈦酸四丁酯、鈦酸異丙酯、四氯化鈦、乙醇鈦或硫酸氧鈦。

所述的離子液體為如下一種或幾種任意比例的混合物：有機烷基咪唑型離子液體、季銨鹽離子液體、烷基吡啶離子液體、哌啶型離子液體或吡咯烷型離子液體的低熔點有機熔鹽。

所述的碘化物為如下一種或幾種任意比例可溶性碘鹽的化合物：碘化鋰、碘化鈉、碘化鉀、碘化銨或碘化鋁。

所述的改性劑為如下一種化合物：N-甲基苯并咪唑、2-甲基吡啶、3-甲基吡啶、3-乙基吡啶、2-丙基吡啶、3-丁基吡啶、4-叔丁基吡啶、2-戊基吡啶、2，4，6-三甲基吡啶、2，3，5-三甲基吡啶、2，4-二甲基吡啶、2，6-二甲基吡啶、3，5-二甲基吡啶、六氫吡啶、喹啉、異喹啉、乙胺、二乙胺、三乙胺、三甲胺、苯胺、二苯胺、?二丁胺、乙酰胺、咪唑或取代咪唑。

所述的有機溶劑為如下一種或幾種任意比例的混合物：室溫下呈液態的醇類、腈類、酮類、砜類、醚類或酯類有機化合物。

本發明還提供制備基于氧化鈦凝膠電解質的染料敏化太陽能電池的方法，其中，氧化鈦前驅體溶膠是利用鈦金屬化合物通過水解或醇解制備而成；離子液體、有機溶劑、碘、碘化物以及改性劑均勻混合制備混合液體；該混合液體與氧化鈦前驅體溶膠均勻混合后，經過加熱真空處理或超聲加熱處理去除易揮發組分；具體制備步驟如下：

(1)采用鈦金屬化合物通過水解或醇解制備穩定的氧化鈦前驅體溶膠；

(2)將碘、碘化物和改性劑放入到離子液體與有機溶劑以體積比為任意比所組成的混合溶劑中攪拌，超聲處理混合均勻。