[發明專利]一種染料敏化太陽能電池固態電解質及其制備方法

有效

• 申請號: 201410093368.7
• 申請日: 2014-03-13
• 公開（公告）號: CN103915261A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 趙杰;叢姍;鄒貴付
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/028
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 項麗

技術領域

?本發明屬于太陽能電池領域，具體涉及一種染料敏化太陽能電池固態電解質及其制備方法。

背景技術

電解質是太陽能電池尤其是染料敏化太陽能電池的核心部件，主要起傳輸氧化還原對的作用，其性能的優劣直接影響太陽能電池效率。染料敏化太陽能電池用電解質存在液態、凝膠、固態等多種形式，其中液態電解質多以有機溶劑作為電解質，如乙腈、甲氧基丙腈。液體電解質存在易揮發、封裝難、穩定性差、高毒性等缺點。凝膠電解質中一般含有大量的液態電解質，所以在高溫下也容易發生電解質的揮發與泄漏，電池性能下降。由于固體電解質具有熱穩定好、電導率高、呈固體不泄漏等的優點，被廣泛應用于太陽能電池、超級電容器、鋰離子電池等能源器件中，能夠克服液體或凝膠電解質易燃燒泄漏、易揮發、難封裝、高毒性、穩定性差等缺點，因此固態電解質的開發應用，正逐漸引起科技工作者的廣泛關注。目前，固態電解質主要采用P-型無機半導體、有機空穴傳輸等材料，但是這類固態電解質的電子和離子傳輸性能比較低，導致電池效率較低。因此，提高固態電解質的染料敏化太陽能電池的效率成為重要的發展方向。另外，國外已有文獻報道，電池在室外工作下的溫度可能超過60^?oC，但當前有些固態電解質在室溫下是固態但60℃以上時卻成液態。因此，固態電解質還必須具有較高的相轉變溫度，熱穩定性，以防止高溫下（>60^oC）電解質的泄漏。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術的不足而提供一種電子和離子傳輸性能高且相轉變溫度高的固態電解質，用于染料敏化太陽能電池。

為解決以上技術問題，本發明采取的一種技術方案是：一種染料敏化太陽能電池固態電解質，包括以下組分：

有機離子????????????????????50～90?wt%；

碘鹽?????????????????????10～50?wt%；

碘單質??????????????????0～20?wt%；

添加劑????????????0～10?wt%；

所述的有機離子化學結構通式為：

，式中n為1、2或3。

優化地，所述的碘鹽為碘化鋰、碘化鉀、碘化鈉、1-甲基-3-丙基甲基咪唑碘化鹽、1-甲基-3-丁基甲基咪唑碘化鹽、1-甲基-3-乙基甲基咪唑碘化鹽的一種或兩種以上組成的混合物。

優化地，所述添加劑為叔丁基吡啶、N-甲基苯并咪唑或N-丁基苯并咪唑。

本發明還提供一種染料敏化太陽能電池固態電解質的制備方法，包括以下步驟：

(a)?將碘鹽加入有機離子中，加熱熔融后攪拌均勻形成混合物；?

(b)?向所述的混合物中再加入碘單質和添加劑，加熱熔融后攪拌均勻，冷卻固化即可。

優化地，所述步驟(a)中，加熱溫度為100~250℃。

由于上述技術方案運用，本發明與現有技術相比具有下列優點：本發明染料敏化太陽能電池固態電解質，引入了結構式為的有機離子，由于該有機離子中含有氰基官能團且該氰基官能團與吡咯烷緊僅隔1~3個亞甲基，使其具備了塑性晶體的性質，具有較寬的塑晶相溫度范圍(25~220℃），一方面提高了太陽能電池固態電解質相轉變溫度高，另一方面提高了太陽能電池固態電解質的電子和離子傳輸性能。

附圖說明

圖1?為實施例3的有機離子的核磁圖；

圖2為實施例1-3中制備的有機離子的差熱掃描圖；

圖3為實施例2與不同比例的碘鹽1-甲基-3-丙基甲基咪唑碘化鹽(PMII)混合后的差熱掃描圖；

圖4為實施例4的染料敏化太陽能的電流-電壓曲線圖；

圖5為實施例4的染料敏化太陽能在100℃下的穩定性性能。

具體實施方式

?

本發明染料敏化太陽能電池固態電解質，包括以下組分：有機離子50～90?wt%（質量百分率）；碘鹽10～50?wt%；碘單質0～20?wt%；添加劑0～10?wt%；所述的有機離子化學結構通式為：

，式中n為1、2或3。由于該有機離子含有氰基官能團且該氰基官能團與吡咯烷緊僅隔1~3個亞甲基，使其具備了塑性晶體的性質，具有較寬的塑晶相溫度范圍(25~220℃），一方面提高了太陽能電池固態電解質相轉變溫度高，另一方面提高了太陽能電池固態電解質的電子和離子傳輸性能。