[发明专利]一种用于纳米晶太阳能电池的光调制功能凝胶电解质

说明书

技术领域

本发明涉及一种光调制功能凝胶电解质，特别是用于纳米晶太阳能电池的光调制功能凝胶电解质。

背景技术

新能源是21世纪世界经济发展中最具决定力的五大技术领域之一。太阳能是一种清洁、高效和永不衰竭的能源，对人类来说研究利用太阳能是最现实的。1991年，瑞士洛桑工学院教授于《Nature》上发表了关于纳米晶太阳能电池(Dye Sensitized Solar Cell，简称DSSC)以较低的成本得到大于7％的光电转换效率的文章，这为太阳能的利用提供了一条新的途径。这种电池的最大优点是其成本只有传统硅太阳能电池的1/10，通过对染料敏化剂的改进，用一种称为black dye染料，使这种电池总的光电转换效率已接近了多晶硅太阳能电池的转换效率。

目前纳米晶太阳能电池采用的电解质通常包括三种：液态电解质、凝胶电解质和固态电解质。液态电解质采用的是乙腈等高挥发性的有机溶液，如果封装不当，会出现电解质的长期稳定性下降，导致电池的使用寿命缩短。为了避免液态电解质的以上问题，人们开始致力于有机空穴传输材料、离子导电聚合物、P型半导体等固态电解质的研究。这些固态的电解质很好的解决了一般液态电解质稳定性差和电池的使用寿命问题，但是由于固态电解质与TiO₂光阳极的界面结合性能较差，电导率低，限制了电池的光电转换效率。

凝胶电解质既可以像固态电解质一样保持一定形状，不易漏液，消除了锂液态电解质中的电化学反应，热性能有所改善，电池的稳定性和安全性得到提升。而且凝胶电解质像液态电解质一样具有较高的电导率，但是现有的凝胶电解质成份较为单一，只具备电子传导的功能，在对于纳米晶太阳能电池应用中，限制了太阳能电池中敏化染料对光能吸收能力，导致电池光电转换效率不高。

发明内容

本发明的目的在于，通过改变现有凝胶电解质的组分，加入荧光染料，得到具有光调制功能凝胶电解质，其技术解决方案为：

一种用于纳米晶太阳能电池的光调制功能凝胶电解质，所述的凝胶电解质各组份按照质量百分比分别为：

荧光染料0.0005％-0.0035％

液体电解质80.7280％-80.7250％

聚氧化乙烯19.2715％。

所述的荧光染料为荧光黄8G或Eu(tta)₃L中的一种。

所述的液体电解质为含有碘和碘化锂的乙腈溶液，其中碘和碘化锂的摩尔浓度比为0.03∶0.3。

由于采用了以上技术方案，本发明的优点在于，

电池中敏化染料性能的优劣是直接决定光电池的光电转换效率的重要因素，理想的染料必须是对太阳光具有很好的吸收特性，即能吸收大部分或者全部的入射光，其吸收光谱与太阳光谱很好地匹配。但是现实中往往很难找到理想的染料，因此选用合适的吸收可见光范围更宽、吸收系数更大的荧光染料进行敏化，能够达到提高电池光电性能的目的。

荧光染料的加入，对太阳光谱中能量不匹配的光子进行频率(即波长)调制，使其更容易被敏化染料吸收，从而提高纳米晶太阳能电池的光电转换效率。光子调制的基本原理：分子能够吸收一定的能量，使得分子中的电子从基态跃迁到能量较高的激发态，当分子回到基态或由高级激发态到低级激发态的，同时发射一个光子的过程叫做辐射跃迁。由于光的波长是由光子的能量决定的，分子通过吸收较大能量光子辐射出较小能量的光子，即可以完成光从短波长到长波长的转换，从而是敏化染料吸收更多的光子，达到提高电池光电转换效率的目的。

荧光黄8G的吸光波谱范围是主要从400到500nm的可见光区，从吸收光谱上说N3染料和染料荧光黄8G的吸收波长正好互补，荧光黄8G吸收N3染料不吸收的那部分波长的光，不存在相互竞争的问题。荧光黄8G的发射光波长范围是从460到560nm，最大发射波长在520nm左右。而这正好与N3的最大吸收的波长范围匹配。因此荧光黄8G既不与N3染料竞争吸收太阳光，又可以发射N3染料所需要的光子，可以起到增大N3染料的吸收又不产生吸收竞争的光子调制作用。