[发明专利]一种全液态太阳能电池用离子化合物及其制备方法以及全液态太阳能电池

说明书

本发明提供了一种全液态太阳能电池用离子化合物，所述离子化合物由阴离子和阳离子构成，所述阳离子由非最高价态的金属离子和与所述金属离子配位的配体构成，所述阴离子选自多酸阴离子。本发明提供的离子化合物综合了染料分子和电解质以及氧化还原电对三方面的要求。本发明提供了一种结构简单的全液态的太阳能电池，将离子化合物(半导体)直接溶解于离子液体中制备成液态的半导体样品，这种液态半导体在两个不对称电极之间在模拟太阳光下就可以产生光伏效应，减少了以往固态染料敏化太阳能电池复杂的组装程序并且大大降低了成本。这种电池在全光谱范围内表现出良好的光电转换性能。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种全液态电池用离子化合物及其制备方法以及全液态太阳能电池。

背景技术

随着现有全球化石燃料资源的短缺及其造成的环境污染以及人类对能源的需求爆发式增长等问题的日益突出，找到一种新型的取代现有能源成为我们迫切需要解决的问题。太阳能电池是解决发展代替传统化石燃料能源问题的其中一项有效措施。首先太阳能与其他能源从来源方面相比可以算是取之不尽的一种广泛的能源，其次对环境友好，而且重要的是不受地域限制。在太阳能的运用中利用光伏发电将其转化为电能是一种有效的能量转换方式。从现在的发展情况来看，发展较为成熟能够做到工业化生产以及广泛应用的是硅的太阳能电池，其转化效率高，但是存在着生产成本高等问题。钙钛矿太阳能电池依然是近年来的研究热点，但其在克服制备工艺困难提高电池效率这一问题上还具有很大的发展空间。

染料敏化太阳能电池主要是吸收可见光后产生电子－空穴对，电子，空穴的分离及传输以及电子外电路传输的过程传统有机染料现有的染料敏化太阳能电池的电池结构都较为复杂而且每增加一个工艺步骤都将对电池的成本，效率来说有着很大的影响。首先电池有工作电极和对电极之分，其次在制备工作电极与对电极上存在着制备工艺的问题。然而制备工艺对一个太阳能电池的性能，效率来说影响试很大的，一般的染料敏化太阳能电池构成比较复杂，包括透明基底与导电层(如ITO，FTO等这样的具有透光性的导电玻璃，导电薄膜材料等)，光吸收层(包括半导体纳米粒子及其吸附的染料分子)，电解质层(碘/碘化钠电解质溶液，离子液体，或者有机空穴传输材料)，以及对电极(一般由铂，金，银，碳等活着导电聚合物组成)。染料敏化太阳能电池的这种结构导致组装出可用的电池工序较为复杂，从现今的研究结果来看这些构成的成分如果有所不同对于电池的性能影响较大。

现今染料敏化太阳能电池中染料分子根据其中是否有金属分为无机染料和有机染料两大类。无机类的染料光敏化剂主要集中在以钌，锇等金属多吡啶配合物，金属卟啉，酞菁等为代表的金属配合物染料。工作机理一般是染料分子吸附在纳米半导体上，通常是TiO₂，在太阳光的作用下，吸收光能电子从基态跃迁至激发态，激发态不稳定电子会快速注入TiO₂的导带中，再传输到导电玻璃基底上，经过外回路回到对电极产生光电流，电解质中的I3-离子在此对电极界面上接受外电路传递过来的电子后被还原同时氧化态的染料被电解质中的I^-还原回到基态，以上过程形成一个循环。因而这种染料敏化电池中是由固态的工作电极以及包含氧化还原电对的电解质溶液组成。但上述太阳能电池结构复杂，并且离子液体电解质均基于含碘盐类的离子液体，离子液体电解质的适用范围较小。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种全液态电池用离子化合物及其制备方法以及全液态太阳能电池，本发明提供的全液态电池用离子化合物溶解于离子溶液中，向其中插入对电极和工作电极即可完成全液态太阳能电池的组装，结构简单，并且该离子化合物综合了染料分子和电解质以及氧化还原电对三方面的要求，拓宽了离子液体电解质的适用范围，可以不使用含碘盐类的离子液体。

本发明提供了一种全液态太阳能电池用离子化合物，所述离子化合物由阴离子和阳离子构成，所述阳离子由非最高价态的金属离子和与所述金属离子配位的配体构成，所述阴离子选自多酸阴离子。