[发明专利]离子液体电解质

说明书

本发明涉及电化学和/或光电器件，涉及新的电解质，离子液体在这种器件中的用途和制备光电电池的方法。

背景技术和要解决的技术问题

电解质形成电化学和/或光电器件的关键部分，且器件的性能主要取决于这些电解质中各种组分的物理和化学性能。

在太阳能电池当中，在过去15年来用例如染料或量子点敏化的那些作为硅技术的替代受到极大的关注，且致力于开发有效的染料、电解质和TiO₂膜以提高器件性能。

高蒸汽压的有机溶剂基电解质的封装和泄漏是许多电化学和/或光电器件，尤其敏化太阳能电池商业化的主要挑战。室温离子液体是具有吸引力的候选物以替代在这种器件内存在的挥发性有机溶剂，这是因为它们具有可忽略不计的蒸汽压和高的离子传导率。

例如碘化咪唑鎓盐离子液体，非常粘稠，和在这些电解质内高浓度的碘化物离子将通过还原猝灭激发的敏化剂，产生损失的通道，从而妨碍器件的性能。使用二元离子液体电解质用于敏化的太阳能电池将降低电解质的粘度和还原猝灭效果二者。各种二元离子液体电解质最近被应用到染料敏化的太阳能电池上，达到超过7.0％的光生光电转化效率和在60℃下在加速光吸收(soaking)试验中良好的稳定性。然而，与碘化物一起使用以达到这种给人印象深刻的性能的阴离子硫代氰酸酯、砷代氰酸酯、双氰胺和三氰基甲烷阴离子的缺点是其热不稳定性，从而导致在80℃下在长期热应力下的光生光电性能损失。

鉴于上述情况，本发明的目的是提供用于电化学和/或光电器件的电解质，它可导致这些器件改进的性能。此外，本发明的目的是增加这种器件和尤其敏化太阳能电池的热稳定性。

本发明进一步的目的是降低电化学和/或光电器件内碘化物离子 的用量。碘化物离子的缺点例如是粘度高和包含它们的电解质的效率低。

本发明更一般的目的是提供可有利地在这些器件中使用的新的电解质或新的电解质组分。具有可忽略不计的蒸汽压的离子液体被称为“绿色溶剂”，这是因为它们无毒。因此，本发明的目的是使用它们在光电器件内作为电解质，使得它们环境友好。

发明概述

令人惊奇地，发明人发现基于四氰基硼酸盐阴离子和有机阳离子的离子液体改进了电化学和/或光电器件、尤其是敏化太阳能电池的性能与稳定性。在使用含这一离子液体的电解质的染料敏化的太阳能电池中光电效率即使在80℃下老化和60℃下光吸收1000小时之后，首次实现大于起始值的90％。这些突出的改进解决了与上述目的有关的问题，且将有助于只能使用离子液体电解质的场合的工业应用。

因此，第一方面，本发明提供电化学和/或光电器件，它包括含Kt⁺[B(CN)₄]^-(式I)离子液体的电解质，其中Kt⁺是有机阳离子。

在进一步的方面中，本发明提供含式I的离子液体和至少一种另外的离子液体的电解质。

在另一方面中，本发明提供本发明的离子液体在电化学和/或光电器件中的用途。

在再进一步的方面中，本发明提供制备光电电池的方法，该方法包括引起本发明的电解质和/或离子液体与半导体表面接触的步骤，所述表面任选地用敏化剂涂布。

附图简述

图1示出了在20mVS^-1的扫描速度下，本发明电解质PMII(1-丙基-3-甲基碘化咪唑鎓)和EMI[B(CN)₄](1-乙基-3-甲基咪唑鎓四氰基硼酸盐)v∶v＝13∶7)的稳态伏安曲线。三碘化物的扩散速度是纯PMII基电解质的1.8倍。

图2示出了在AM-1.5全太阳光照明(100mW cm^-2)和Z907Na结合电解质A的情况下，染料敏化的太阳能电池的电流密度-电压特征。 该插图表明作为激发光波长的函数的入射光子电流转化效率。

图3示出了在暗处在80℃下连续热老化过程中，器件的光电参数(AM-1.5全太阳光)的演变。

图4示出了对于新鲜和在80℃下老化1000小时的电池来说，在暗处在-0.7V的偏压下测量的器件的(A)Nyquist曲线和(B)Bode相曲线。

图5示出了在60℃下，在连续的一次太阳可见光吸收过程中器件的光电参数(AM-1.5全太阳光)的演变。

图6A和B分别示出了含在电解质内不同比值的PMII和EMIB(CN)₄ 离子液体结合Z907Na染料的染料敏化的太阳能电池的短路电流(J_SC/mAcm^-2)和光电转化效率(η)的变化。