[发明专利]一种基于离子晶体的染料敏化太阳能电池用固态电解质

说明书

本发明公开了一种基于离子晶体的染料敏化太阳能电池用固态电解质，包括如下重量份的组分：氰基咪唑型离子晶体40‑50份，(4‑二茂铁乙炔基)苯胺改性富勒烯3‑7份，碘单质5‑10份，添加剂5‑10份。所述的添加剂为甲基苯并咪唑(MBI)、丁基苯并咪唑(NBB)、叔丁基吡啶(TBP)中的一种或几种。本发明公开的基于离子晶体的染料敏化太阳能电池用固态电解质与现有技术中公开的染料敏化太阳能电池电解质相比，导电率更高，稳定性更好，更易封装，不含有机溶剂，安全性更好，且对提高染料敏化太阳能电池光电转化效率和工作稳定性更有效。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，涉及一种染料敏化太阳能电池部件，具体地说，涉及一种基于离子晶体的染料敏化太阳能电池用固态电解质。

背景技术

随着能源的日益短缺和环境问题的日渐突出，清洁可再生能源的开发越来越受到人们的关注，对清洁可再生能源装置太阳能电池的研究也不断深入。染料敏化太阳能电池作为众多太阳能电池中的一种，由于其具有高效率、低成本的优点近年来成为业内关注的焦点。

电解质是染料敏化太阳能电池的核心部件，主要承担传输氧化还原对、将光激发染料还原的作用，其性能的优劣直接影响太阳能电池效率和循环使用寿命。现有技术中常见的染料敏化太阳能电池用电解质有液态、准固态、固态等多种形式。其中液态电解质一般含有无机或有机碘化物、碘、添加剂以及有机溶剂等，具有电导率高，离子扩散速度快，对多孔光阳极渗透性好等优点，但其存在易泄漏、易挥发、难封装、高毒性、稳定性差及染料易解吸附等缺点；准固态电解质中由于含有少量的碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、离子液体等溶剂，仍然存在易泄漏、难封装的问题。固态电解质具有良好的长期稳定性，但其电导率较低，导致用固态电解质制备的染料敏化太阳能电池光电转化效率较低。

因此，寻求更为有效的方法，制备出同时具有高效率和高稳定性的染料敏化太阳能电池用电解质具有广泛的市场价值和商业化应用前景。

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于离子晶体的染料敏化太阳能电池用固态电解质，该固态电解质原料易得，价格低廉；与现有技术中公开的染料敏化太阳能电池电解质相比，导电率更高，稳定性更好，更易封装，不含有机溶剂，安全性更好，且对提高染料敏化太阳能电池光电转化效率和工作稳定性更有效。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是，一种基于离子晶体的染料敏化太阳能电池用固态电解质，包括如下重量份的组分：氰基咪唑型离子晶体40-50份，(4-二茂铁乙炔基)苯胺改性富勒烯3-7份，碘单质5-10份，添加剂5-10份。

优选地，所述的添加剂为甲基苯并咪唑(MBI)、丁基苯并咪唑(NBB)、叔丁基吡啶(TBP)中的一种或几种。

优选地，所述氰基咪唑型离子晶体的制备方法，包括如下步骤：

1)1-烷基-4,5-二氰基咪唑的制备：将4,5-二氰基咪唑溶于有机溶剂中，后向其中加入碘代烷烃和碱性催化剂，在40-60℃下搅拌反应8-10小时，后经过过滤、向反应体系中加入水，分液取有机相，旋蒸除去有机溶剂步骤，得到1-烷基-4,5-二氰基咪唑；

2)氰基咪唑型离子晶体的制备：将经过步骤1)制备得到的1-烷基-4,5-二氰基咪唑溶于乙醚中，并向其中加入与步骤1)中相同的碘代烷烃，在40-50℃下搅拌反应6-8小时，后用乙酸乙酯洗涤5-7次，旋蒸除去溶剂。

优选地，步骤1)中所述4,5-二氰基咪唑、有机溶剂、碘代烷烃、碱性催化剂的质量比为1：(10-15)：(1.5-2)：(0.5-1)。

优选地，所述有机溶剂选自乙腈、氯仿中的一种或两种；所述碱性催化剂选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾中的一种或几种。

优选地，所述碘代烷烃选自碘甲烷、碘乙烷、1-碘丙烷、1-碘丁烷中的一种或几种。