[发明专利]一种聚合物电解质组合物和含有所述组合物的染料敏化太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及聚合物电解质组合物、通过在正常温度混合所述聚合物电解质组合物得到的凝胶型聚合物电解质以及含有所述电解质的染料敏化太阳能电池。

背景技术

在1991年，由瑞士的Gratzel等研发的染料敏化太阳能电池是含有以二氧化钛(TiO₂)作为主要组分的半导体纳米颗粒、用于吸收太阳光线的染料、电解质和铂反电极的光电化学电池(Nature，第353卷，第737页，1991)，并且其优点在于，相对于硅太阳能电池而言，其制造成本低，电池具有透明属性，能够制造柔性电池，并且对环境变化敏感度较低。染料敏化太阳能电池和已知利用p-n结的硅太阳能电池彼此之间的区别在于，在所述已知的太阳能电池中同时进行太阳能的吸收过程和分离电子空穴对以形成电流的过程，但是在染料敏化太阳能电池中，太阳能的吸收和电荷转移过程是分开的，通过使用染料吸收太阳能，并且通过使用半导体以电子形式转移电荷。

染料敏化太阳能电池由于其使用对环境无害的材料并且其生产成本为硅太阳能电池的1/5，因此作为一种新型的具有当前的发电成本水平的再生能源而引起关注。尽管染料敏化太阳能电池具有前述的很多优点，但是考虑到长期稳定性、由电解溶液的液体泄漏产生的毒性以及在太阳能电池长期工作时的溶剂的极化，染料敏化太阳能电池的商业化仍存在诸多严重问题。原因是由于染料敏化太阳能电池中已经使用的电解质包含液体挥发性有机溶剂如乙腈。因此，需要研发出解决上述问题并改善电池性能的新型聚合物电解质材料。制造聚合物电解质的已知方法的示例包括将聚合物添加至液体电解质以进行物理凝胶的方法(韩国专利No.10-0553337和韩国专利公开公报No.10-2009-0107861)和将单体或者反应性低聚体添加至液体电解质以进行聚合从而实施化学凝胶的方法(韩国专利公开公报No.2006-0118068和2007-0060960)。物理凝胶聚合物电解质的问题在于在聚合物和有机溶剂之间随着时间的推移可能出现相分离现象，并且由于对金属氧化物层的粘附力不足，因此在电极和电解质之间的界面处的电荷转移反应的电阻增加，从而降低了电流和效率性能。同时，在将单体或者低聚体添加至液体电解质以聚合或者交联反应进行凝胶的情况中，存在残留在交联和聚合反应过程中添加的例如引发剂和交联剂等化合物的高度可能性，并且在所述化合物残留在电解质中时降低了所述太阳能电池的电压或电流性能。

发明内容

本发明的一个实施方式涉及提供一种聚合物电解质组合物，所述聚合物电解质组合物具有优异的对包含在电解质中的有机溶剂的亲和性、离子导电性、和对电极的粘附性。

本发明的一个实施方式涉及提供一种染料敏化太阳能电池，考虑到使用液体电解质的已知染料敏化太阳能电池，本发明的染料敏化太阳能电池能够使电解溶液挥发或液体泄漏降为最小，能够长时间使用，并且以预定水平以上保持稳定的转换效率。

在一个一般方面，用于染料敏化太阳能电池的聚合物电解质组合物包含含有下式1表示的重复单元的聚(碳酸亚烷基酯)基聚合物、高沸点溶剂、氧化还原衍生物和陶瓷颗粒：

[式1]

其中，R是氢原子；具有1至20个碳原子的直链、环状或支链烷基，其可以包括杂元素，如氧、硫或氮和氟；或者具有6至20个碳原子的芳烷基。

在根据本发明的一般方面的用于染料敏化太阳能电池的所述聚合物电解质组合物中，所述聚(碳酸亚烷基酯)基聚合物的重均分子量为1,000至1,0000,000克/摩尔。

在根据本发明的具体方面的用于染料敏化太阳能电池的所述聚合物电解质组合物中，所述聚(碳酸亚烷基酯)基聚合物可以是聚(碳酸亚乙基酯)、聚(碳酸亚丙基酯)、聚(碳酸亚丁基酯)、聚(碳酸环己基酯)、或者它们的混合物或衍生物。

在根据本发明的优选方面的用于染料敏化太阳能电池的所述聚合物电解质组合物中，所述聚(碳酸亚烷基酯)基聚合物的含量为5重量%至95重量%。

在根据本发明的该一般方面的用于染料敏化太阳能电池的所述聚合物电解质组合物中，所述高沸点溶剂可以是选自环状碳酸酯、内酯和正常温度熔融盐的单一物质或者混合物。

在根据本发明的具体方面的用于染料敏化太阳能电池的所述聚合物电解质组合物中，所述高沸点溶剂可以是选自碳酸亚乙基酯、碳酸亚丙基酯、它们的环状衍生物、γ-丁内酯和离子型液体的单一物质或者混合物。

在根据本发明的该具体方面的用于染料敏化太阳能电池的所述聚合物电解质组合物中，所述氧化还原衍生物可以提供I-/I3-的氧化还原对。