[发明专利]用于染料敏化太阳能电池的准固态电解质及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电转化技术领域，特别是涉及一种用于染料敏化太阳能电池的准固态电解质及其制备方法。

背景技术

早在1991年，瑞士洛桑高等工业学院的教授成功研制了光电转换效率为7.1-7.9％的染料敏化太阳电池。与光伏硅电池相比，染料敏化太阳电池没有采用高纯无机半导体材料，具有生产工艺简单、制作成本低廉的优势。该染料敏化太阳电池采用了“三明治”夹心结构，从阳极到阴极依次为导电玻璃基板、吸附有机染料的纳晶多孔二氧化钛薄膜、电解质及对电极(具体为沉积有铂或炭黑的导电玻璃)。

目前，用于染料敏化太阳能电池的电解质按照物理性质可以划分为液态电解质、准固态电解质和全固态电解质三类。其中，液态电解质虽然可以获得了较高的光电转化效率，但是存在溶剂挥发、漏液、电池不易封装等缺陷，严重影响了染料敏化太阳能电池的长期稳定使用。而以无机p型半导体材料、有机空穴传输材料所制备的全固态电解质虽无上述问题，但是，由于全固态电解质与对电极的接触性能较差，使得染料敏化太阳能电池的光电转换效率普遍较低，严重影响到染料敏化太阳能电池的整体性能。

常见的制备准固态电解质的凝胶化材料包括酰胺类小分子凝胶剂、二氧化硅纳米粒子、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物及聚氧乙烯-丙烯酸共聚物等。这类材料通过对乙腈等有机溶剂或离子液体进行凝胶化处理形成网络结构，可以达到固化电解质、阻止溶剂和离子液体流动的目的，但是，现有的凝胶化材料均不具有导电能力，从而限制了采用准固态电解质的染料敏化太阳能电池光伏性能的提高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于染料敏化太阳能电池的准固态电解质及其制备方法，该准固态电解质具有的凝胶剂导电能力强，可以强化准固态电解质的导电能力，达到阻止溶剂流动的同时提高染料敏化太阳能电池稳定性的目的，有利于染料敏化太阳能电池的生产与应用，并且该准固态电解质的制备方法的工艺条件方便易行，有利于大规模的推广应用，具有重大的生产实践意义。

为此，本发明提供了一种用于染料敏化太阳能电池的准固态电解质，该准固态电解质采用的凝胶剂为由聚乙烯基吡啶碘盐与聚氧乙烯组成的复配物。

其中，所述聚乙烯基吡啶碘盐的组成结构表达式如下：

其中，R为C_1-12的烷基。

此外，本发明还提供了一种用于染料敏化太阳能电池的准固态电解质的制备方法，包括步骤：

(1)将极性有机溶剂放入到容器中；

(2)在容器中加入质量浓度为0.01～1.0g/mL的聚乙烯基吡啶碘盐、质量浓度为0.01～1.0g/mL的聚氧乙烯、质量浓度为0.001～0.05g/mL的碘盐和单质碘I2，并使碘盐和单质碘I₂的质量比在1.2～10之间；

(3)用20～70℃的温度进行加热或者在室温条件下进行超声震荡混合，使电解质凝胶化，最终形成准固态电解质。

其中，所述极性有机溶剂为甲醇、乙醇和N，N-二甲基甲酰胺中的任意一种或两种或三种。

其中，所述聚氧乙烯的分子量在100-5000000之间。

其中，所述碘盐为金属碘化物或咪唑衍生物碘盐。

其中，所述金属碘化物为碘化锂LiI、碘化钠NaI和碘化钾KI中的任意一种或两种或三种。

其中，所述咪唑衍生物碘盐可以为1-甲基-3-乙基咪唑碘盐、1-甲基-3-丙基咪唑碘盐、1-甲基-3-丁基咪唑碘盐、1，2-甲基-3-丙基咪唑碘盐和1，2-甲基-3-丁基咪唑碘盐中的任意一种或两种或三种。

由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种用于染料敏化太阳能电池的准固态电解质及其制备方法，该准固态电解质具有的凝胶剂导电能力强，可以强化准固态电解质的导电能力，达到阻止溶剂流动的同时提高染料敏化太阳能电池稳定性的目的，有利于染料敏化太阳能电池的生产与应用，并且该准固态电解质的制备方法的工艺条件方便易行，有利于大规模的推广应用，具有重大的生产实践意义。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本发明提供了一种用于染料敏化太阳能电池的准固态电解质，该准固态电解质采用的凝胶剂为由聚乙烯基吡啶碘盐与聚氧乙烯组成的复配物，即为由聚乙烯基吡啶碘盐和聚氧乙烯两种聚合物的共混体系。

在本发明中，所述聚乙烯基吡啶碘盐的组成结构表达式如下：

其中，R为C_1-12的烷基。