[發(fā)明專利]一種電解質(zhì)溶液及其在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910165603.6
• 申請日: 2009-08-06
• 公開（公告）號: CN101630593A
• 公開（公告）日: 2010-01-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孟慶波;李冬梅;李泓;羅艷紅
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院物理研究所
• 主分類號: H01G9/035
• 分類號: H01G9/035;H01G9/20;H01M14/00;H01L51/44;H01L51/48;H01L51/42;H01G9/04
• 代理公司: 北京泛華偉業(yè)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 曹津燕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及染料敏化太陽能電池制造領(lǐng)域。具體地，本發(fā)明涉及含有氧化還原電對(1，1，3，3-四甲基硫脲及其二硫化物)的電解質(zhì)溶液，及其在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

自1991年瑞士聯(lián)邦工學(xué)院教授提出染料敏化太陽能電池(DSCs)后，此類電池在國際上受到了廣泛關(guān)注。DSCs電池具有原材料價格便宜、制作工藝簡單和電池效率相對較高的優(yōu)勢，是一類有發(fā)展前景的低成本、環(huán)境污染小、性能優(yōu)異的新型太陽能電池(O’Regan，B.；，M.Nature?1991，353，737-740)。DSCs電池由納晶TiO₂光陽極、電解質(zhì)和對電極三部分構(gòu)成，其中電解質(zhì)的主要作用是將空穴傳輸給對電極和還原氧化態(tài)染料分子。目前，高效率的DSCs電池都是基于含有I₃^-/I^-氧化還原電對的液體電解質(zhì)實(shí)現(xiàn)的，這主要是由于I₃^-/I^-電對在電池中具有較理想的動力學(xué)優(yōu)勢，即在對電極上，I₃^-→I^-的還原反應(yīng)速度足夠快，而I₃^-離子與TiO₂多孔膜導(dǎo)帶中電子的復(fù)合反應(yīng)(暗反應(yīng))的反應(yīng)速度非常慢。但事實(shí)上，I₃^-/I^-電對并不是最理想的電荷傳輸介質(zhì)，它主要存在以下幾個問題：(1)碘單質(zhì)對絕大多數(shù)金屬都有腐蝕作用，尤其是電池中最常用到的銀和白金。若長時間使用含有I₃^-/I^-氧化還原電對的電解質(zhì)容易導(dǎo)致電池穩(wěn)定性的降低和電池壽命縮短；同時對電池的制備技術(shù)也提出了更苛刻的要求，增加了電池的成本。(2)碘具有一定的蒸汽壓，同樣對電池的密封技術(shù)提出了更高的要求，不利于電池的實(shí)際應(yīng)用。(3)I₃^-/I^-電對能吸收一定量的可見光。(4)I₃^-/I^-氧化還原電位限制了電池的最大開路電壓，不利于進(jìn)一步提高電池效率。

針對以上問題，人們嘗試用其他形式的氧化還原電對來替代I₃^-/I^-，如：(1)單電子二茂鐵(Fc^+/0)體系，盡管它們能快速還原氧化態(tài)染料分子，但暗反應(yīng)速度更快，效率極低(Gregg，B.A.等人，J.Phys.Chem.B?2001，105，1422-1429)。(2)擬鹵素氧化還原電對(SeCN)₂/SeCN^-等，組裝成電池的IPCE和光電轉(zhuǎn)換效率都很低(Oskam，G.等人，J.Phys.Chem.B?2001，105，6867-6873)。(3)Co(II/III)-多吡啶配合物，如Co(dbbiP)₂(ClO₄)₂，Co(dmbip)₂](ClO₄)₂等(dbbip＝2，6-bis(1’-butyl-benzimidazol-2’-y1)pyridine，dmbip＝2，6-bis(1’-methyl-benzimidazol-2’-y1)pyridine)，這類化合物用于DSCs電池時，雖然光電轉(zhuǎn)換效率得到很大提高(在弱光強(qiáng)下)，但有些Co(II)化合物同時也能將染料還原，因而降低了電池的穩(wěn)定性(Hattori，S.等，J.Am.Chem.Soc.2005，127，9648-9654；Sapp，S.A.等，J.Am.Chem.Soc.2002，124，11215-11222；Nusbaumer，H.等，Chem.Eur.J.2003，9，3756-3763)。(4)有機(jī)自由基2，2，6，6-tetramethyl-1-piperidinyloxy用于DSCs電池時，同樣存在著電池的穩(wěn)定性差的問題(Zhang，Z.等，Adv.Funct.Mater.2008，18，341-346)。而穩(wěn)定性較好的非碘氧化還原電對，電池效率卻不理想(Yasuteru，S.等，歐洲專利申請：EP1856522A2)，所有上述文獻(xiàn)在這里以全文引用作為參考。

因此，研究低成本、高效率、穩(wěn)定性好的非碘氧化還原電對是染料敏化太陽能電池的發(fā)展趨勢之一。