[發(fā)明專利]原位凝膠化組裝準固態(tài)染料敏化太陽能電池的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210154840.4
• 申請日: 2012-05-18
• 公開（公告）號: CN102683048A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王育喬;孫岳明;趙一凡;劉琴;高雪玲
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新能源材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種原位凝膠化方法組裝準固態(tài)染料敏化太陽能電池的新方法。

背景技術(shù)

染料敏化太陽電池是一種以納米光電功能材料為基礎(chǔ)發(fā)展起來的第三代太陽能電池。根據(jù)電解質(zhì)形態(tài)可分為液態(tài)、全固態(tài)和準固態(tài)染料敏化太陽能電池。電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)、組成、注入與負載方式是影響染料敏化太陽電池使用壽命的關(guān)鍵因素。一般地，液態(tài)電解質(zhì)易揮發(fā)，封裝工藝復(fù)雜，容易漏液；全固態(tài)電解質(zhì)的擴散滲透能力差，填充過程中容易產(chǎn)生空隙，形成固-固界面阻礙電子傳輸。準固態(tài)電解質(zhì)呈凝膠狀態(tài)，具有以下優(yōu)點：（1）避免了液態(tài)電解質(zhì)的揮發(fā)和漏液問題，封裝難度有所降低；（2）能夠比全固態(tài)電解質(zhì)在電池內(nèi)部具有更充分的接觸；（3）準固態(tài)電解質(zhì)的電導(dǎo)率、電子擴散系數(shù)介于液態(tài)和全固態(tài)之間；（4）對光和熱的穩(wěn)定性比液態(tài)電解質(zhì)有較大幅度的提高。因此，準固態(tài)電解質(zhì)既能夠解決封裝、漏液、腐蝕和耐受性等問題，又能保持較高的光電轉(zhuǎn)換效率，是一種具有可實用化前景的電解質(zhì)體系。

目前，準固態(tài)電解質(zhì)主要是通過向液態(tài)電解質(zhì)中添加凝膠材料制備而成。常見凝膠材料有：（1）納米聚合物，如聚偏二氟乙烯-六氟丙烯；（2）納米無機化合物，如納米二氧化硅；（3）有機低分子凝膠，如低聚羥乙基丙烯酸甲酯。當液態(tài)電解質(zhì)凝膠化之后，再通過填塞和擠壓的方式填充到電池中。由于加入的凝膠劑不僅自身分子量或者體積較大，在電池內(nèi)的介孔薄膜中擴散速率低，而且凝膠化過程容易受到外界條件的影響，如溫度、濕度和氣氛等。因此，不利于提高電池光電轉(zhuǎn)換效率和保持電池性能穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是提供一種原位凝膠化組裝準固態(tài)染料敏化太陽能

電池的方法，該方法以1-乙烯基-3-烷基咪唑碘離子液體、碘和偶氮二異丁腈作為準固態(tài)電解質(zhì)前體，經(jīng)過除水、除氧處理之后，注入到電池空腔內(nèi)，經(jīng)過充分的擴散滲透后，控制反應(yīng)條件實施原位凝膠化。通過該法組裝準固態(tài)染料敏化太陽能電池，可以避免使用有機溶劑；通過控制反應(yīng)條件，調(diào)節(jié)凝膠化程度；能夠充分地負載到電極的介孔薄膜當中，降低或消除電子傳輸界面阻力；所組裝的電池不僅能獲得了較高的光電轉(zhuǎn)換效率，而且能延長電池使用壽命。

技術(shù)方案：本發(fā)明的原位凝膠化組裝準固態(tài)染料敏化太陽能電池的方法通過

以下途徑實現(xiàn)：

第一步，反應(yīng)物的純化：將1-乙烯基咪唑和碘代烷進行減壓蒸餾；

第二步，凝膠單體的制備：以1,1,1–三氯乙烷作為溶劑，按照1:1~1:1.5的摩爾比加入1-乙烯咪唑與碘代烷，在干燥氮氣和遮光條件下，攪拌、回流8~20小時；待反應(yīng)體系冷卻至室溫分層與分液，使用1,1,1–三氯乙烷洗滌得到棕黃色液體；經(jīng)過80?°C真空干燥過夜，即得到1-乙烯基-3-烷基咪唑碘離子液體；

第三步，預(yù)凝膠電解質(zhì)溶液的配制：以1-乙烯基-3-烷基咪唑碘離子液體作為溶劑，其中碘化鋰濃度為0.1~0.7?mol/L，碘濃度為0.01~0.06?mol/L，原位預(yù)凝膠化反應(yīng)引發(fā)劑偶氮二異丁腈質(zhì)量百分含量為所述溶劑的0.2~2%，并對該溶液進行真空干燥和超聲除氧預(yù)處理；

第四步，原位凝膠化組裝電池：在電極兩側(cè)均開設(shè)直徑1?mm的小孔，從對電極一側(cè)小孔中注入經(jīng)過干燥、除氧預(yù)處理的預(yù)凝膠電解質(zhì)溶液，從工作電極一側(cè)小孔外抽取預(yù)凝膠液，通過微型循環(huán)泵反復(fù)多次循環(huán)充入，然后封堵注入口，在原位預(yù)凝膠化光照條件為強度20-80?mW/cm²的紅外光照照射下實施原位凝膠化組裝準固態(tài)染料敏化太陽電池。

上述碘代烷中烷基取代基可選用甲基、乙基、丙基、丁基或戊基。

上述電池性能測試條件為一個標準太陽光照，強度為100mW/cm²。

上述電池性能老化實驗條件為55℃不間斷光照1000小時。?

上述紅外光照時間范圍為0.5~3小時，光照強度范圍為20~80mW/cm²。

有益效果：本發(fā)明通過紅外光照引發(fā)1-乙烯基-3-烷基咪唑碘，在電池內(nèi)部實施原位凝膠化組裝準固態(tài)染料敏化太陽能電池。該法組裝電池過程工藝簡單，所需設(shè)備投資低，電解質(zhì)組分調(diào)節(jié)靈活，所得電池效率高、壽命長，具有可實用化前景。

具體實施方式

本發(fā)明涉及染料敏化太陽能電池用準固態(tài)電解質(zhì)以及組裝工藝。以1-乙烯基-3-丙基咪唑碘為溶劑制備電解質(zhì)預(yù)凝膠液，在電解質(zhì)為液態(tài)的情況下注入電池器件中，以紅外燈進行照射實施原位凝膠化，組裝得到光電轉(zhuǎn)化效率高、使用壽命長的準固態(tài)染料敏化太陽能電池。