[发明专利]基于氧化钛凝胶电解质的染料敏化太阳能电池及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化学和化工技术领域，具体涉及基于氧化钛凝胶电解质的染料敏化太阳能电池及制备方法。

背景技术

染料敏化太阳能电池由于其低廉的成本、光电转换效率高、稳定以及制作工艺简单而受到人们的广泛关注。其主要结构包括透明导电基片与多孔纳米晶半导体薄膜、捕获光子的光敏剂、电解质以及对电极四部分。其中电解质位于光阳极和对电极之间，它承担了染料再生和空穴输运的作用。

目前报道的效率最高的11％的器件就是采用液态电解质，但液态电解质存在以下缺点：

①由于大部分的敏化剂为有机物，液态电解质的存在易导致染料脱附；

②有机溶剂易于挥发，可能与敏化染料作用导致染料降解；

③液态电池的密封工艺复杂，密封剂可能与电解质反应，长期放置可能造成电解液泄漏；

④光生电荷在光阳极的迁移靠扩散控制，由扩散控制的载流子迁移速率很慢，在高强度光照时光电流变得不稳定；

⑤离子迁移的不可逆性也不能完全排除，因为除了氧化还原循环之外的其它反应不可能完全避免。离子反向迁移导致光生电荷复合机会增加，降低光电转换率；

⑥电池形状设计受到限制。液态电解质的这些缺陷使人们转而寻找新的空穴传输材料来代替液态电解质，因而准固态和固态空穴传输材料得到了发展。

为解决上述问题，一种有效的方法是用离子液体胶凝电解质代替液体电解质，离子液体胶凝化既具有液体电解质的离子扩散速度快，电导率高的特点，还具有低挥发性和温度稳定性能提高染料敏化太阳能电池的长期稳定性，并且能够解决电池封装等使用问题。

氧化钛凝胶电解质工艺简单，容易制备，不需要较高的温度处理。其具有很好的稳定性，离子扩散速度快，离子电导率高，并有很好的胶凝性。这种凝胶所制成的复合凝胶具有力学的触变性，在外力作用下电解质易于浸润到半导体膜的微孔中，并能通过粘着力和黏附力能牢固将半导体膜与对电极粘附在一起，便于电池的组装和封装，适宜于工业化生产凝胶电解质准固态染料敏化太阳能电池。

发明内容

本发明的目的在于解决目前染料敏化太阳能电池用液态电解质封装困难以及稳定性能较差性的问题，而提供基于氧化钛凝胶电解质的燃料敏化太阳能电池及制备方法。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明提供一种基于氧化钛凝胶电解质的染料敏化太阳能电池，它由透明导电基片与多孔纳米晶半导体薄膜、捕获光子的光敏剂、电解质以及对电极五部分组成；其中，电解质为氧化钛凝胶电解质，它由氧化钛的前驱体溶胶、离子液体、有机溶剂、碘、碘化物和改性剂组成；所述离子液体与有机溶剂以体积比为任意比构成混合溶剂；所述碘相对混合溶剂的浓度为0.01-1mol/L；所述碘化物相对混合溶剂的浓度为0.01-1mol/L；所述改性剂相对混合溶剂的浓度为0.1-5mol/L；所述氧化钛前驱体溶胶与碘、碘化物、改性剂以及混合溶剂所构成的溶液的体积比为任意比。

所述的氧化钛前驱体溶胶是通过如下一种化合物水解或醇解制备而成：钛酸四丁酯、钛酸异丙酯、四氯化钛、乙醇钛或硫酸氧钛。

所述的离子液体为如下一种或几种任意比例的混合物：有机烷基咪唑型离子液体、季铵盐离子液体、烷基吡啶离子液体、哌啶型离子液体或吡咯烷型离子液体的低熔点有机熔盐。

所述的碘化物为如下一种或几种任意比例可溶性碘盐的化合物：碘化锂、碘化钠、碘化钾、碘化铵或碘化铝。

所述的改性剂为如下一种化合物：N-甲基苯并咪唑、2-甲基吡啶、3-甲基吡啶、3-乙基吡啶、2-丙基吡啶、3-丁基吡啶、4-叔丁基吡啶、2-戊基吡啶、2，4，6-三甲基吡啶、2，3，5-三甲基吡啶、2，4-二甲基吡啶、2，6-二甲基吡啶、3，5-二甲基吡啶、六氢吡啶、喹啉、异喹啉、乙胺、二乙胺、三乙胺、三甲胺、苯胺、二苯胺、 二丁胺、乙酰胺、咪唑或取代咪唑。

所述的有机溶剂为如下一种或几种任意比例的混合物：室温下呈液态的醇类、腈类、酮类、砜类、醚类或酯类有机化合物。

本发明还提供制备基于氧化钛凝胶电解质的染料敏化太阳能电池的方法，其中，氧化钛前驱体溶胶是利用钛金属化合物通过水解或醇解制备而成；离子液体、有机溶剂、碘、碘化物以及改性剂均匀混合制备混合液体；该混合液体与氧化钛前驱体溶胶均匀混合后，经过加热真空处理或超声加热处理去除易挥发组分；具体制备步骤如下：

(1)采用钛金属化合物通过水解或醇解制备稳定的氧化钛前驱体溶胶；

(2)将碘、碘化物和改性剂放入到离子液体与有机溶剂以体积比为任意比所组成的混合溶剂中搅拌，超声处理混合均匀。