[发明专利]染料敏化纳米薄膜太阳电池用液晶电解质溶液

说明书

技术领域：

本发明属于化学电解质领域，涉及一种染料敏化纳米薄膜太阳电池用液晶电 解质溶液。

背景技术：

染料敏化纳米薄膜太阳电池是由瑞士洛桑高等工业学院(EPFL)教 授领导的研究小组在1991年首次提出，其在AM1.5模拟日光光照下电池光电转 换效率达到7.1％。目前电池光电转换效率已提高到10％～11％，寿命达到20年 以上，因此成为近年来国内外研究的热点。染料敏化纳米薄膜太阳电池主要由透 明导电玻璃、纳米TiO₂多孔薄膜、敏化染料、电解质和对电极组成。其中，电 解质起着再生染料和传输空穴的作用，同时也是影响电池热力学和动力学特性以 及光电压性能的重要因素。目前常用的电解质按照存在形态分为液体电解质、准 固态电解质、固体电解质。

液晶，即液态晶体，是介于各向同性的液体和完全有序的晶体之间的一种中 间状态的物质，它既有液体那样的某种程度的分子运动，又有晶体那样某种程度 的有序性，属于固态和液态之间的一种过渡态。其主要是由分子间相互作用力， π-π堆积作用或者是偶极-偶极相互作用形成的。根据形成的条件和组成，液晶 可以分为两大类：热致液晶和溶致液晶。溶致液晶是由符合一定结构要求的化合 物与溶剂组成的液晶体系，由两种或两种以上的液晶化合物组成，是由于溶剂破 坏结晶品格而形成的。热致液晶是由晶体加热而形成液晶相的化合物。其液晶相 是由于加热破坏结晶晶格而形成，并且只能在一定的温度范围内存在。一般是单 一组分，但一些均匀混合物在温度变化下也会出现液晶相。

与常规的染料敏化太阳电池用电解质溶液相比，组成液晶的分子的位置取向 有序，而这种特殊的微观结构的存在，能够影响染料敏化太阳电池用电解质溶液 中氧化还原电对的传输，进而影响电池的性能。

发明内容：

本发明涉及一种染料敏化纳米薄膜太阳电池用液晶电解质溶液，本发明具有 相对较高的电导率，良好的电化学可逆性、良好的稳定性、较强的耐紫外线等特 征。

本发明是通过以下技术方案实现的：

(1)、组分1：液晶电解质：

作为染料敏化纳米薄膜太阳电池用液晶电解质溶液的主体部分，是呈现液晶 态的胆甾醇酯类衍生物，呈现液晶态的胆甾醇卤代化物及其衍生物，呈现液晶态 的胆甾醇烷基碳酸酯及其衍生物，呈现液晶态的烷基碳酸酯及其衍生物，呈现液 晶态的苯酯及其衍生物，呈现液晶态的Schiff碱及其衍生物，呈现液晶态对氨 基联苯衍生物，呈现液晶态的氧化偶氮苯衍生物，呈现液晶态氰基取代联苯衍生 物，呈现液晶态的噻吩类衍生物，呈现液晶态的高分子衍生物，呈液晶态的咪唑 类离子液体及其衍生物，呈液晶态的吡啶类离子液体及其衍生物，呈液晶态的铵 类离子液体及其衍生物，呈液晶态的膦类离子液体及其衍生物，呈液晶态的吡啶 类或者S、O取代吡啶类离子液体及其衍生物，呈液晶态的联吡啶类离子液体及 其衍生物，呈液晶态的二硫取代吡唑类离子液体及其衍生物，呈液晶态的碱金属 羧酸盐及其衍生物，呈液晶态的碱金属膦酸盐及其衍生物，呈液晶态的由碱金属 离子与中性配体组成的复合物及其衍生物，离子聚合物液晶包括主链离子聚合物 液晶、侧链离子聚合物液晶和离子液体液晶树状聚体。例如1-十二烷基-3-甲基 咪唑碘、1-十四烷基-3-甲基咪唑碘、1-十六烷基-3-甲基咪唑碘、1-十八烷基-3- 甲基咪唑碘、1-十二烷基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-十四烷基-3-甲基咪唑四氟 硼酸盐、1-十六烷基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-十八烷基-3-甲基咪唑四氟硼酸 盐、1-十四烷基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-十六烷基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、 1-十八烷基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐等。

上述液晶电解质可以单独使用，也可以按照一定比例混合使用，混合的比例 视情况而定。

(2)、组分2：电化学可逆性好氧化还原电对；

作为电解质溶液中的氧化还原电对，I₂/I^-多吡啶Co(II/III)或者 (SeCN)₂/(SeCN)^-：碘和碘化物，三价钴复合物与二价钴复合物，(SeCN)₂和(SeCN)^-的物质的量之比是任意的，可根据使用情况和太阳光强等因素来确定其比例。