[發明專利]基于三元復合凝膠準固態電解質的染料敏化太陽電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201611196661.1
• 申請日: 2016-12-22
• 公開（公告）號: CN106601485B
• 公開（公告）日: 2018-08-28
• 發明（設計）人: 劉琴;文貴華;張繼遠;劉建國;吳聰萍;鄒志剛
• 申請（專利權）人: 南京大學昆山創新研究院
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/00
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發明公開了一種基于三元復合凝膠準固態電解質的染料敏化太陽電池及其制備方法，方法包括以下步驟：將聚合物、納米無機化合物和石墨烯共同作為膠凝劑與液態碘基電解質混合得三元復合凝膠準固態電解質，再通過絲網印刷的方法將三元復合凝膠準固態電解質印刷到電池的光陽極和對電極上，最后通過紫外固化膠將印刷了三元復合凝膠準固態電解質的光陽極和對電極組裝在一起，即形成三元復合凝膠準固態電解質的染料敏化太陽電池。本方法的制備工藝簡單，結合了多種材料的優異性能，電池組裝過程簡易快捷，可大大縮短組裝時間，同時可以有效提高準固態電解質與電極間接觸的充分性。

技術領域

本發明涉及一種基于三元復合凝膠準固態電解質的染料敏化太陽電池及其制備方法，屬于新能源技術領域。

背景技術

染料敏化太陽電池作為第三代太陽能電池，具有效率高、制備工藝簡單、成本低等優點，其電池內部的電子傳輸是通過電解質的氧化還原反應完成，因此電解質是染料敏化太陽電池得以工作的關鍵組成成分。

據物理形態可將電解質分為三種，即液態電解質、準固態電解質和固態電解質。其中，液態電解質具有較高的電導率和電子擴散系數，光電轉換效率最高，但存在電解液易泄漏，電池封裝難度大等缺陷；固態電解質可避免電解質泄漏的情況，由它組裝的染料敏化太陽電池易于封裝，但其光電轉換效率較低；而準固態電解質一方面可以避免液態電解質易泄漏難封裝的缺陷，另一方面比固態電解質在電池內具有更充分的接觸，其對光和熱的穩定性也比液態電解質高。因此，準固態電解質是染料敏化太陽電池電解質體系的最佳選擇。

現已報道的準固態電解質制備均采用液態電解質中添加高分子聚合物進行凝膠，或首先制成高分子聚合物薄膜再吸收液態電解質，采用了高分子聚合物較高的熱穩定和機械性，但高分子聚合物由于導電性差，在一定程度上會影響電解質的電導率。

目前的準固態電解質均存在一定的效率低、制備工藝復雜、電池封裝難度大等缺點。還有，由于準固態電解質具有一定的流動性和黏度，傳統的液態電解質灌注方法和固態電解質的組裝方法對準固態電解質均不適用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種穩定性高，壽命長，導電率高，電荷傳輸快，I₃^-的還原可進一步被催化的基于三元復合凝膠準固態電解質的染料敏化太陽電池；進一步地，本發明提供一種可提高光利用率，抑制暗反應和增強離子傳輸的基于三元復合凝膠準固態電解質的染料敏化太陽電池；更進一步地，本發明提供一種基于三元復合凝膠準固態電解質的染料敏化太陽電池的制備方法，該法可有效提升準固態電解質性能并解決準固態電解質難組裝的問題，該法制備工藝簡單，結合了多種材料的優異性能，電池組裝過程簡易快捷，可大大縮短組裝時間，同時可以有效提高準固態電解質與電極間接觸的充分性，所組裝的準固態染料敏化太陽電池穩定性高，壽命長，此方法便于大批量生產，有益于染料敏化太陽電池的產業化。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

基于三元復合凝膠準固態電解質的染料敏化太陽電池，包括以下組分，膠凝劑和液態碘基電解質；所述膠凝劑包括2~10wt%的聚合物、2~10wt%的納米無機化合物和2~10wt%石墨烯。

所述液態碘基電解質包括低沸點的乙腈/戊腈為溶劑的碘基電解質和高沸點的3-甲氧基丙腈為溶劑的碘基電解質中的一種。

所述聚合物為聚丙烯腈、聚環氧乙烷和聚-偏氟乙烯-六氟丙烯中的一種。

所述納米無機化合物為TiO₂納米粒子，粒徑大小為10~400nm。

所述石墨烯為三維網狀結構。