[發明專利]離子/空穴雙傳輸通道分子有機導體復合電解質及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201210407460.7
• 申請日: 2012-10-23
• 公開（公告）號: CN103779100A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 黃宇劍;周曉文;方世璧;林原
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/025;H01G9/028;C07D233/61;C07D213/38
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技術領域

本發明涉及一種離子/空穴雙傳輸通道分子有機導體復合電解質及其制備方法與應用。

背景技術

目前用于染料敏化太陽能電池的電解質按形態一般分為三類：液態電解質、準固態電解質（凝膠態電解質）和固態電解質。液態電解質中的有機溶劑易揮發與泄露等問題嚴重限制了基于液態電解質的染料敏化太陽能電池的工業生產和實際應用。凝膠電解質還不是純粹的固態，里面的有機溶劑不可避免地會揮發，同樣存在長期穩定性問題。固態電解質能從根本上解決電池的封裝問題，提高電池的穩定性能。但是固態電解質有電導率低、與電極接觸性能差的缺點，導致染料敏化太陽能電池的光電轉換效率往往較低。

發明內容

本發明的目的是提供一種離子/空穴雙傳輸通道分子有機導體復合電解質及其制備方法與應用，該電解質具有與電極接觸性能好，具有雙通道傳輸電子等優點。此外，該電解質可以不含碘單質，降低了對電池組件的腐蝕，便利于染料敏化太陽能電池的工業化生產與實際應用。

本發明所提供的式I所示離子/空穴雙傳輸通道分子有機導體，

式I

式I中，R₁為被季銨化的含氮雜環基團；R₂為取代或未取代的烷基，或為取代或未取代的醚基，且R₂與R₁中的季銨氮相連接；A為離子液體陰離子。

上述的分子有機導體中，所述R₁選自含季銨氮的五元或六元雜環基團；所述R₂選自正烷基和聚乙二醇基團；所述A為溴離子或碘離子。

上述的分子有機導體中，所述R₁具體可為4-吡啶基、4-咪唑基、2-吡嗪基、2-吡啶基、2-咪唑基、吡咯烷酮基或咔唑基；

所述R₂具體可為甲基、乙基、丙基、丁基、聚三乙二醇單甲醚、聚四乙二醇單甲醚或聚七乙二醇單甲醚；

所述A具體可為碘離子。

本發明還提供了一種離子/空穴雙傳輸通道分子有機導體復合電解質，包括式I所示離子/空穴雙傳輸通道分子有機導體、離子液體和添加劑；

所述分子有機導體、離子液體和添加劑的摩爾份數比可為12：（0~10）：（0~30），但所述離子液體和添加劑的量不為零。

上述的復合電解質中，所述復合電解質中還包括碘，所述碘與所述分子有機導體的摩爾份數比可為12：（0~10），但碘的量不為零。

上述的復合電解質中，所述復合電解質由分子有機導體、離子液體、添加劑和碘組成，所述分子有機導體、離子液體、添加劑和碘的摩爾份數比為12：1：22：（0~3），但所述碘的量不為零，如12：1：22：3。

上述的復合電解質中，所述離子液體具體可為1-甲基-3-己基咪唑碘、1-甲基-3-丙基咪唑碘、1-甲基-3-乙基咪唑碘、1-甲基-3-烯丙基咪唑碘、1-甲基-3-丁基咪唑碘、1，3-二甲基咪唑碘和甲基-3甲基咪唑四氟硼酸中至少一種；

所述添加劑可為任意能提高光電壓或者光電流的添加劑，具體可為4-叔丁基吡啶、N-甲基苯并咪唑、N-丁基苯并咪唑、三氟甲基磺酰亞胺鋰鹽和高氯酸鋰中至少一種。

本發明提供的分子有機導體電解質中分子有機導體由于含有空穴傳輸層和離子，能同時發生空穴/離子雙通道傳輸；若含有烷基鏈或醚鏈，這提高了添加劑鋰鹽的溶解性；季銨鹽的對陰離子若為碘負離子，能夠提供碘源。該離子/空穴雙通道分子有機導體電解質可作為固態染料敏化太陽能電池中的電解池應用。

本發明還進一步提供了上述復合電解質的制備方法，包括如下步驟：

（1）將式I所示離子/空穴雙傳輸通道分子有機導體溶于有機溶劑中得到混合溶液；

（2）向所述混合溶液中加入所述離子液體與添加劑的混合物或者所述離子液體、添加劑與碘的混合物，然后經混合均勻后揮發至干即得所述復合電解質。

上述的制備方法中，所述有機溶劑可為乙醇、乙腈和四氫呋喃中至少一種，如乙醇或乙腈。

本發明制備的離子/空穴雙通道分子有機導體復合電解質具有以下優點：1、制備工藝簡單，并在一定程度上解決了液態電解質、離子液體電解質面對工業化生產、實際應用出現的封裝問題；2、和電極界面接觸性能好；3、本發明制備的離子/空穴雙通道分子有機導體電解質應用于固態染料敏化太陽能電池中的光電轉換效率達到3.0%以上。

附圖說明

圖1為實施例1制備的離子/空穴雙通道分子有機導體的氫核磁圖。