一种基于离子晶体的染料敏化太阳能电池用固态电解质

摘要

本发明涉及一种基于离子晶体的染料敏化太阳能电池用固态电解质，包括以下组分：离子晶体70~90wt%；碘单质5~15wt%；添加剂5~15wt%，其中，所述的离子晶体的化学结构式为：，式中：s为1~12的整数，q为0~5的整数。本发明中的电解质为固体，在使用过程中能有效克服渗漏问题，保持染料敏化太阳能电池的高稳定性；同时在离子晶体中引入氰基联苯基团可以增加光散射现象，保持较高的电池性能和光电转换效率。

权利要求

1.一种基于离子晶体的染料敏化太阳能电池用固态电解质，其特征在于：包括以下组分：离子晶体           85wt %；

碘单质             5wt%；

丁基苯并咪唑       10wt%，其中，所述的离子晶体的化学结构式为： 。

说明书

一种基于离子晶体的染料敏化太阳能电池用固态电解质

技术领域

[0001] 本发明属于染料敏化太阳能电池领域，具体涉及一种基于离子晶体的固态电解质。

背景技术

[0002] 电解质作为染料敏化太阳能电池的核心部件，主要起传输氧化还原对的作用，其性能的优劣直接影响太阳能电池效率。

[0003] 常见的染料敏化太阳能电池用电解质有液态、准固态、固态等多种形式。其中液态电解质多含有乙腈、甲氧基丙腈等有机溶剂，存在易泄漏、易挥发、难封装、高毒性、稳定性差等缺点；准固态电解质中由于含有少量的碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、离子液体等溶剂，也存在易泄漏、难封装的问题，长时间使用存在渗漏问题，会造成电池稳定性能的下降，这对电池的实际应用产生决定性作用，对环境产生负面影响。因此，具有高效率和高稳定性的固态电解质对于染料敏化太阳能电池的商业化应用意义重大，引起人们的广泛兴趣。

[0004] 公开号为CN 102592832A的中国发明专利公开了一种用于太阳能电池的固态电解质，它包括非聚合型离子液体、离子晶体、碘单质。虽然利用该固态电解质制备的染料敏化太阳能电池的最高光电转化效率为5.7％，但是由于非聚合型离子液体含量高达50wt％～89wt％，而且选用的具有很强吸水性的碘化咪唑盐，在长期使用过程中难免会吸附空气中的水分、出现渗漏，影响染料敏化太阳能电池的性能。

[0005] 公开号为CN 1645632A的中国发明专利申请公布说明书公开了一种固体染料敏化纳米晶太阳能电池及其制备方法，利用离子液体与无机纳米粒子之间的氢键作用形成了染料敏化纳米晶表面组装固态电解质，在不明显降低电池光电转换效率的前提下，大幅度延长染料敏化纳米晶太阳能电池的使用寿命，但是电池的转换效率(最高为4.7％)仍然不够理想。

发明内容

[0006] 本发明的目的是提供一种基于离子晶体的染料敏化太阳能电池用固态电解质，克服了一般电解质的渗漏和稳定性差的问题，并提高了电池的光电转化效率。

[0007] 为解决以上技术问题，本发明采取的一种技术方案是：一种基于离子晶体的染料敏化太阳能电池用固态电解质，包括以下组分：

[0008] 离子晶体     70～90wt％；

[0009] 碘单质       5～15wt％；

[0010] 添加剂       5～15wt％，

[0011] 其中，所述的离子晶体的化学结构式为：

[0012] 式中：s为1～12的整数，q为0～5的整数。

[0013] 优化地，所述的添加剂为甲基苯并咪唑、丁基苯并咪唑、叔丁基吡啶中的一种。

[0014] 由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明中的电解质为固体，在使用过程中能有效克服渗漏问题，保持染料敏化太阳能电池的高稳定性；同时在离子晶体中引入氰基联苯基团可以增加光散射现象，保持较高的电池性能和光电转换效率。

附图说明

[0015] 图1是比较实施例1和实施例5中电解质的紫外透射光谱图；

[0016] 图2是实施例5、比较实施例1和2电解质所制作的染料敏化太阳能电池的稳定性测试对比图。

具体实施方式

[0017] 实施例1-5

[0018] 实施例1-5的基于离子晶体的染料敏化太阳能电池用固态电解质的组成配比如表1所示。

[0019] 表1实施例1-5的基于离子晶体的染料敏化太阳能电池用固态电解质组成及配比[0020]

[0021] 其中MBI表示甲基苯并咪唑、NBB表示丁基苯并咪唑、TBP表示叔丁基吡啶。

[0022] 比较实施例1

[0023] 将溶剂为3-甲氧基丙腈(MPN)，浓度分别为0.6M DMPII,0.1M LiI,0.5M TBP和0.1M I2的液体电解质组装成染料敏化太阳能电池。在25℃下，使用氙灯模拟太阳光，光强
100mW/cm2条件下，测得电池(有效面积0.16cm2)光电参数见表2，其中DMPII表示1,2-二甲基-3-丙基咪唑碘化盐。

[0024] 比较实施例2

[0025] 将组分为0.1M I2，1M TBP，1M PMII，10wt％纳米SiO2的1-甲基-3-十八烷基-咪唑六氟磷酸盐的固体电解质，组装成染料敏化太阳能电池。在25℃下，使用氙灯模拟太阳光，光强100mW/cm2条件下，测得电池(有效面积0.16cm2)光电参数见表2，其中PMII表示1-甲基-3-丙基咪唑碘化盐。

[0026] 试验例1

[0027] 将实施例1-5的固态电解质用于制作染料敏化太阳能电池，包括以下步骤：用超声波将FTO导电玻璃清洗干净，将其浸入在70℃40mM TiCl4水溶液中保持30min，从而在FTO导电玻璃表面形成一层致密的TiO2膜，随后取出FTO导电玻璃用乙醇冲洗后自然晾干；用刮涂技术，分别将P25浆料、P400浆料涂于TiO2膜上再形成厚度分别为8μm和3μm的TiO2涂层，加热至500℃煅烧，待FTO导电玻璃自然冷却到80℃时，浸入染料Z907溶液中12h，取出作为光阳极；用H2PtCl6溶液在另一块FTO导电玻璃涂一薄层做为对电极；通过热塑膜将光阳极和对电极封在一起，向对电极上预留的小孔内滴加数滴甲醇稀释后的固态电解质溶液，利用真空填充技术将该溶液浸润到光阳极上，同时加热至60～80℃除去甲醇，封住小孔即可。

[0028] 在25℃下，使用氙灯模拟太阳光，光强100mW/cm2条件下，对所制备的染料敏化太阳能电池进行光电测试，结果见表2。

[0029] 表2利用实施例1-5固态电解质制备的染料敏化太阳能电池测试结果[0030]

[0031]

[0032] 注：测试条件：室温环境，使用氙灯模拟太阳光，光强100mW/cm2条件下，测得电池(有效面积0.16cm2)。

[0033] 其中， 表示当电池具有最大输出功率(Pmax)时，对应的电流和电压的乘积与短路电流和开路电压乘积的比值。光电转化效率计算采用如下公式：

[0034] 对比较实施例1和实施例5中电解质的紫外光透过率进行对比，结果表明，对比较实施例1，在550-800nm波长范围内的大多数光会透过电解质，而实施例5则几乎阻止了所有的光透过，这有利于进行光散射来提高光阳极对太阳光的二次吸收，从而增强电池的光捕获能力，来增强电池效率，参见图1。

[0035] 同时对用比较实施例1、2和实施例5中电解质制备的染料敏化太阳能电池的稳定性进行对比，结果表明，与比较实施例2相比，利用实施例5中电解质制备的染料敏化太阳能电池初始光电转换效率更高，并且具有更好的稳定性，电池在使用50天后，仍基本维持在初始光电转换效率；虽然利用比较实施例1中液体电解质制备的染料敏化太阳能电池初始光电转换效率最高，但是其光电转换效率损失较大，电池在使用50天后，由于电解质的泄漏，已经不能继续使用，参见图2。

[0036] 上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。