CN101930850B - 染料敏化太阳能电池中凝胶电解质与专用电解质及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种染料敏化电池中凝胶电解质与专用电解质及其制备方法。该电解质包括下述组分：单质碘、碘化锂、N-甲基苯并咪唑、1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘盐和溶剂。该方法是将凝胶剂加入到液态电解质中，混匀后得到所述染料敏化电池中的凝胶电解质；所用液态电解质由如下组分组成：单质碘、碘化锂、N-甲基苯并咪唑和1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘盐，溶剂为3-甲氧基丙腈；所用凝胶剂为聚氧化乙烯。该方法中，聚氧化乙烯的分子量为0.3-4.0×106g/mol。该凝胶剂的用量为液态电解质总质量的2.5％-30.0％。用本发明提供的凝胶电解质既可以使电池具有很好的光电转换效率，又能保证电池的稳定性，具有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于染料敏化太阳能电池领域，涉及一种凝胶电解质及其制备方法，特别是一种染料敏化太阳能电池中凝胶电解质与专用电解质及其制备方法。
背景技术
能源是人类赖以生存的动力。人类发展进入21世纪以后，对能源的需求越来越大，而传统的化石燃料(煤、石油、天然气)正因不断大量消耗而日趋枯竭。目前世界上化石能源的使用年限为：石油42年，天然气67年，煤200年。可再生新能源的开发有助于缓解世界能源和环境的压力，而太阳能是所有新能源中分布最为广泛，资源量最大的绿色可再生能源。
太阳能电池可以把光能直接转化为电能，太阳能电池的开发是利用太阳能最有效的途径之一。太阳能电池体积小，移动方便，使用起来不受地域的限制。我们既可以把太阳能电池做成大规模的发电站，实现并网发电，又可以很方便地用较少的电池组件地给偏远地区用户提供生活电能，或者给移动通讯设备提供电力保障。目前，在市场上占据主导地位的太阳能电池主要是单晶硅和多晶硅太阳能电池，这两种电池的生产技术比较成熟，电池的光电转换效率较高，稳定性好(使用寿命都在15年以上)。但是，硅系太阳能电池对原材料要求苛刻，纯度一般要在99.9999％以上，而且制作工艺复杂，成本高居不下，发电成本较高，无法实现超大规模实用化。
染料敏化太阳能电池是一种新型的有机-无机复合型太阳电池，这种太阳能电池在工作过程中电子要经过7个传递过程：(1)染料激发；(2)电子注入TiO2；(3)电子在TiO2中传输；(4)电子在对电极还原I3 -；(5)染料还原再生；(6)电子与氧化态染料复合；(7)电子与电解质中I3 -复合。
1991年，瑞士洛桑高等工业学院的
教授的科研小组将多孔TiO2膜应用到这种电池中，使这种电池的光电转换效率有了很大的提高，取得了突破性的进展(
等，美国专利，公开号，WO9116719A-31 Oct 1991；
等，美国专利，公开号，US005350644A-27 Sep 1994)。目前单结结构和叠层结构的染料敏化太阳能电池分别得到了11.18％和15.09％的光电转换效率(Progress In Photovoltaics：Research And Applications，2006.V.14.429-442，Applied Physics Letters，2006.V.88.203103-1-3)。染料敏化太阳能电池的成本只有硅系太阳能电池的五分之一，生产过程中不会对环境造成太大影响，比较易于实现工业化生产。但是目前，染料敏化太阳能电池的稳定性问题严重影响了其实用化进程。影响染料敏化太阳能电池稳定性的因素是很多的，但是其中最严重的莫过于使用了液态的有机溶剂电解质，这是因为：(1)液态电解质容易导致TiO2表面上染料的脱落，从而影响电池的稳定性；(2)液态电解质中的溶剂易挥发，可能会与染料作用导致染料发生光降解；(3)密封困难，且电解质可能与密封剂反应，容易漏液，从而导致电池寿命大大下降；(4)液态电解质本身不稳定，易发生化学变化，从而使太阳能电池失效。
为了解决稳定性问题，很多人尝试使用全固态电解质。但是这种全固态电解质本身电导率比较低，另外与多孔TiO2电极的接触不充分，因此制备出的染料敏化太阳能电池光电转换效率比较低。准固态电解质介于液态和全固态电解质之间，有很高的电导率，既能很好地和多孔TiO2电极进行接触，制备出的电池又具有很好的稳定性。目前，准固态电解质的研究一直是染料敏化太阳能电池领域研究的热点之一。
准固态电解质是通过在液态电解质中加入凝胶剂来制备的，这些凝胶剂包括有机小分子，纳米粒子以及高分子等。小分子凝胶剂做出来的太阳能电池具有很高的效率，但小分子凝胶剂分子之间只是依靠比较弱的分子间力形成不稳定的物理交联。所以这种电解质往往机械性能很差，而且这种准固态电解质是热可逆性的，在比较高的温度下还会变成液态电解质。这样一来，电池的稳定性就会下降，寿命就会降低。纳米粒子制备出来的准固态电解质往往不是均相的，时间久了会产生固体和液体分离的现象，而且纳米粒子本身容易发生团聚，团聚后电解质就不容易进入多孔TiO2电极中。用高分子材料来制备出的准固态电解质是均相的，稳定的，而且在温度比较高的时候也是不会变成液态。目前使用的高分子聚合物主要有聚乙烯吡啶、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)、偏氟乙烯和六氟丙稀的共聚物(PVDF-HFP)、聚环氧丙烷等。通常，用高分子聚合物做凝胶剂时，为了获得稳定性好的准固态电解质，聚合物的添加量应尽可能的多一些，但是聚合物的添加量增大以后，高分子链会阻碍氧化还原电对I-/I3 -的传输，这样电池的光电转换效率就会降低。PEO是中导电高分子材料，碱金属离子可以借助于PEO高分子链进行传导，本发明人使用PEO做凝胶剂，再不断增大PEO添加量的基础上，由于PEO的导电作用可以加快锂离子的传输速率，锂离子的传输加快后又可以提高电子在多孔TiO2电极中的传输，所以电池的光电转换效率不但没有下降，反而有所上升，而且电池的稳定性随着PEO添加量的增大也逐渐增强。因此，使用高分子量的PEO做凝胶剂，可以使染料敏化太阳能电池既获得很好的光电转换效率，又具有很好的稳定性。
发明内容
本发明的目的是提供一种染料敏化电池中凝胶电解质与专用电解质及其制备方法。
本发明提供的液态电解质，包括下述组分：单质碘、碘化锂、N-甲基苯并咪唑、1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘盐和溶剂。
该电解质也可只由上述组分组成。其中，溶剂选自3-甲氧基丙腈、乙腈、碳酸丙烯酯(PC)和碳酸乙烯酯(EC)中的至少一种。单质碘、碘化锂、N-甲基苯并咪唑和1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘盐的摩尔比为0.05-0.15∶0-0.7∶0.1-0.6∶0-0.8；具体可为：0.1∶0-0.6∶0.15-0.55∶0-0.7；单质碘、碘化锂、N-甲基苯并咪唑和1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘盐的摩尔份数比优选下述四比值中的任意一种：1)0.1∶0.1∶0.45∶0.6；2)0.1∶0∶0.45∶0.7；3)0.1∶0.2∶0.45∶0.5；4)0.1∶0.3∶0.45∶0.4。
单质碘在所述溶剂中的物质的量浓度为0.05-0.15mol/L。
本发明提供的制备染料敏化电池中凝胶电解质的方法，是将凝胶剂加入到上述液态电解质中，混匀后得到所述染料敏化电池中的凝胶电解质；
该方法中，所述凝胶剂为聚氧化乙烯(简称PEO)，聚氧化乙烯的分子量为0.3-4.0×106g/mol，优选2.0×106g/mol。凝胶剂的用量为液态电解质总质量的2.5％-30.0％，优选5.0％-12.5％。将凝胶剂与液态电解质混匀的方法为：在搅拌及密封条件下，将凝胶剂与液态电解质升温，所述凝胶剂发生凝胶化以后，置于70-80℃条件下加热，加热时间为48-72小时。
按照上述方法制备得到的凝胶电解质及该凝胶电解质在制备染料敏化太阳能电池中的应用，也属于本发明的保护范围。该凝胶电解质为一种准固态电解质，主要应用于染料敏化太阳能电池中；其中，电池的光阳极为宽禁带的多孔二氧化钛膜，氧化锌膜或其他金属氧化物半导体膜；染料为顺-二(硫氰酸根)-二(4，4-二羧酸-2，2-联吡啶)合钌(简称N3染料)及其衍生物N719、黑染料等或其他有机染料。
利用高分子量的PEO来制备准固态电解质，有如下几方面优点：
一是高分子量的PEO在制备准固态电解质时可以形成比较稳定的空间网络结构，这样就能很好地把液态电解质凝胶化，有效防止液态电解质的挥发和泄露，提高电池的稳定性；
二是用高分子量的PEO制备出的准固态电解质具有很高的粘度，因此可以采用刮涂或者丝网印刷的办法将这种电解质均匀分散在TiO2光阳极上，有利于工业化生产；
三是高分量的PEO具有导电功能，可以传输碱金属离子，而碱金属离子的传输的加快又会提高电子在TiO2光阳极中的传输速率，所以在不断增大PEO含量的同时，既能提高电池的稳定性，又不减少电池的光电转换效率。
本发明通过使用高分子量的PEO为凝胶剂来制备凝胶电解质，通过提高电解质中PEO的含量来提高电解质的粘度，在粘度不断增大的情况下电池的性能不但不下降，反而有一定提高。在保证其他组分的含量不变的情况下，PEO的添加量从2.5％依次提高为5.0％、7.5％、10.0％，电池的光电转换效率从3.94％依次提到到4.05％、4.27％、4.72％；由于该电解质电导率比较高，电解质中的PEO能够传输Li+离子，提高Li+离子的迁移率，借助于双击扩散机理进一步提高了多孔膜中电子的扩散速度，电池的光电转换效率不但没有降低，反而还有所上升，同时，电池的稳定性获得了大幅度提高。因此，用本发明提供的凝胶电解质既可以使电池具有很好的光电转换效率，又能保证电池的稳定性，具有很好的应用前景。
附图说明
图1(a)为聚合物凝胶电解质交流阻抗图；图1(b)为电解质的电导率随着PEO含量的变化趋势图。
图2为聚合物凝胶电解质的流变性能曲线。
图3为利用各种不同PEO添加量的聚合物凝胶电解质组装出的电池在100mW/cm2光照下I-V性能曲线。
图4为利用各种不同PEO添加量聚合物凝胶电解质组装出的电池的稳定性测试曲线。
图5为优化多孔膜厚度以后，使用不同PEO添加量组装出的电池在100mW/cm2光照下I-V性能曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
向组分及摩尔数分别为单质碘0.1mol、碘化锂0.1mol、N-甲基苯并咪唑0.45mol、1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘盐0.6mol、溶剂为甲氧基丙腈(用量为1L)的液态电解质中，添加液态电解质总质量2.5％的分子量为2.0×106g/mol的PEO。在搅拌及密封条件下，将凝胶剂PEO与上述液态电解质升温至60℃左右，PEO发生凝胶化以后，置于70-80℃条件下加热48小时，得到本发明提供的凝胶电解质。
按照下述常规方法制备染料敏化电池：
1)制备光阳极
该步骤是按照下述文献提供的方法进行制备的：
Self-Organization of TiO2 Nanoparticles in Thin Films，S.D.Burnside，V.Shklover，C.Barbé，P.Comte，F.Arendse，K.Brooks，M.
Chemstry of Materials，10(1998)2419～2425。
首先用水热法制备TiO2纳米晶，然后在TiO2纳米晶中加入PEO(分子量为2.0×106g/mol)和PEG(分子量为2万)做造孔剂，加入曲拉通做增稠剂配制成浆料。将清洗后的FTO导电玻璃通过钛酸四丁酯的石油醚溶液处理来覆盖一层致密的TiO2薄膜，然后使用不锈钢刀片来刮膜，在刮膜过程中使用厚度为60μm的胶带来控制多孔膜厚度。待多孔膜凉干后，在450℃下烧结30min得到纳米多孔结构的宽禁带半导体薄膜；然后在5mM的染料溶液中浸泡12h，得到染料敏化电池的光阳极。
2)组装电池
将本发明提供的液态电解质加热到80℃，然后迅速将电解质用玻璃棒涂敷在步骤1)得到的染料敏化电池的光阳极上，迅速盖上对电极，组装成电池，然后放入烘箱中，加热到80℃，加热时间为20分钟，完成染料敏化电池的组装。
用CHI660电化学工作站来测试本发明提供的液态电解质的交流阻抗，如图1(a)所示；并进一步得到电解质的电导率，如图1(b)所示，在26℃时电池的电导率为6.88mS/cm。用MCR300型流变仪测试电解质的流变性能，如图2曲线A所示，电解质的粘度在2.66/s的剪切速率下为3.8Pa.s。在AM1.5，100mW/cm2光照下用KEITHLEY 4200来测试电池的I-V性能曲线，如图3曲线A所示，得到电池的短路电流密度为8.04mA/cm2，开路电压为0.73V，填充因子为0.68，光电转换效率为3.94％。将电池在室温条件下敞开放置7天，如图4曲线A所示，7天后电池的光电转换效率减小为原来的29.5％。
实施例2
向组分及摩尔数分别为单质碘0.1mol、碘化锂0.1mol、N-甲基苯并咪唑0.45mol、1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘盐0.6mol、溶剂为甲氧基丙腈(用量为1L)的液态电解质中，添加液态电解质总质量5.0％分子量为2.0×106g/mol的PEO。在搅拌及密封条件下，将凝胶剂PEO与上述液态电解质升温至60℃，PEO发生凝胶化以后，置于70-80℃条件下加热48小时，得到本发明提供的凝胶电解质。
按照与实施例1完全相同的方法及制备条件组装染料敏化太阳能电池，其中，所用电解质为本实施例提供的液态电解质。
用CHI660电化学工作站来测试电解质的交流阻抗，如图1(b)，并进一步得到电解质的电导率，如图1(b)所示，在26℃时电池的电导率为8.29mS/cm。用MCR300型流变仪测试电解质的流变性能，如图2曲线B所示，电解质的粘度在2.66/s的剪切速率下为52.4Pa.s。在AM1.5，100mW/cm2光照下用KEITHLEY 4200来测试电池的I-V性能曲线，如图3曲线B所示，得到电池的短路电流密度为8.00mA/cm2，开路电压为0.76V，填充因子为0.67，光电转换效率为4.05％。将电池在室温条件下敞开放置7天，如图4曲线B所示，7天后电池的效率减小为原来的30.8％。
实施例3
向组分及摩尔数分别为单质碘0.1mol、碘化锂0.1mol、N-甲基苯并咪唑0.45mol、1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘盐0.6mol、溶剂为甲氧基丙腈(用量为1L)的液态电解质中，添加液态电解质总质量7.5％分子量为2.0×106g/mol的PEO。在搅拌及密封条件下，将凝胶剂PEO与上述液态电解质升温至60℃，PEO发生凝胶化以后，置于70-80℃条件下加热48小时，得到本发明提供的凝胶电解质。按照与实施例1完全相同的方法及制备条件组装染料敏化太阳能电池，其中，所用电解质为本实施例提供的液态电解质。
用CHI660电化学工作站来测试电解质的交流阻抗，如图1(a)，并进一步得到电解质的电导率，如图1(b)所示，在26℃时电池的电导率为8.74mS/cm。用MCR300型流变仪测试电解质的流变性能，如图2曲线C所示所示，电解质的粘度在2.66/s的剪切速率下为208.0Pa.s。在AM1.5，100mW/cm2光照下用KEITHLEY 4200来测试电池的I-V性能曲线，如图3曲线C所示，得到电池的短路电流密度为8.23mA/cm2，开路电压为0.75V，填充因子为0.68，光电转换效率为4.27％。将电池在室温条件下敞开放置7天，如图4曲线C所示，7天后电池的效率减小为原来的48.1％。
实施例4
向组分及摩尔数分别为单质碘0.1mol、碘化锂0.1mol、N-甲基苯并咪唑0.45mol、1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘盐0.6mol、溶剂为甲氧基丙腈(用量为1L)的液态电解质中，添加液态电解质总质量10.0％分子量为2.0×106g/mol的PEO。在搅拌及密封条件下，将凝胶剂PEO与上述液态电解质升温至60℃，PEO发生凝胶化以后，置于70-80℃条件下加热48小时，得到本发明提供的凝胶电解质。按照与实施例1完全相同的方法及制备条件组装染料敏化太阳能电池，其中，所用电解质为本实施例提供的液态电解质。
用CHI660电化学工作站来测试电解质的交流阻抗，如图1(a)，并进一步得到电解质的电导率，如图1(b)所示，在26℃时电池的电导率为8.62mS/cm。用MCR300型流变仪测试电解质的流变性能，如图2曲线D所示，电解质的粘度在2.66/s的剪切速率下为522.0Pa.s。在AM1.5，100mW/cm2光照下用KEITHLEY 4200来测试电池的I-V性能曲线，如图3曲线D所示，得到电池的短路电流密度为9.13mA/cm2，开路电压为0.76V，填充因子为0.68，光电转换效率为4.72％。将电池在室温条件下敞开放置7天，如图4曲线D所示，7天后电池的效率减小为原来的54.5％。
实施例5
向组分及摩尔数分别为单质碘0.1mol、碘化锂0.1mol、N-甲基苯并咪唑0.45mol、1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘盐0.6mol、溶剂为甲氧基丙腈(用量为1L)的液态电解质中，添加液态电解质总质量12.5％分子量为2.0×106g/mol的PEO。在搅拌及密封条件下，将凝胶剂PEO与上述液态电解质升温至60℃，PEO发生凝胶化以后，置于70-80℃条件下加热48小时，得到本发明提供的凝胶电解质。。
按照与实施例1完全相同的方法及制备条件组装染料敏化太阳能电池，其中，所用电解质为本实施例提供的液态电解质。
用CHI660电化学工作站来测试电解质的交流阻抗，如图1(a)，并进一步得到电解质的电导率，如图1(b)所示，在26℃时电池的电导率为6.60mS/cm。用MCR300型流变仪测试电解质的流变性能，如图2曲线E所示，电解质的粘度在2.66/s的剪切速率下为941.0Pa.s。在AM1.5，100mW/cm2光照下用KEITHLEY 4200来测试电池的I-V性能曲线，如图3曲线E所示，得到电池的短路电流密度为8.36mA/cm2，开路电压为0.75V，填充因子为0.67，光电转换效率为4.20％。将电池在室温条件下敞开放置7天，如图4曲线E所示，7天后电池的效率减小为原来的78.0％。
实施例6
向组分及摩尔数分别为单质碘0.1mol、碘化锂0.1mol、N-甲基苯并咪唑0.45mol、1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘盐0.6mol、溶剂为甲氧基丙腈(用量为1L)的液态电解质中，添加液态电解质总质量15.0％分子量为2.0×106g/mol的PEO。在搅拌及密封条件下，将凝胶剂PEO与上述液态电解质升温至60℃，PEO发生凝胶化以后，置于70-80℃条件下加热48小时，得到本发明提供的凝胶电解质。
按照与实施例1完全相同的方法及制备条件组装染料敏化太阳能电池，其中，所用电解质为本实施例提供的液态电解质。
用CHI660电化学工作站来测试电解质的交流阻抗，如图1(a)，并进一步得到电解质的电导率，如图1(b)所示，在26℃时电池的电导率为6.63mS/cm。用MCR300型流变仪测试电解质的流变性能，如图2曲线F所示，电解质的粘度在2.66/s的剪切速率下为1770.0Pa.s。在AM1.5，100mW/cm2光照下用KEITHLEY 4200来测试电池的I-V性能曲线，如图3曲线F所示，得到电池的短路电流密度为8.41mA/cm2，开路电压为0.74V，填充因子为0.67，光电转换效率为4.18％。将电池在室温条件下敞开放置7天，如图4曲线F所示，7天后电池的效率减小为原来的92.8％。
实施例7
向组分及摩尔数分别为单质碘0.1mol、碘化锂0.1mol、N-甲基苯并咪唑0.45mol、1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘盐0.6mol、溶剂为甲氧基丙腈(用量为1L)的液态电解质中，添加液态电解质总质量7.5％分子量为2.0×106g/mol的PEO。在搅拌及密封条件下，将凝胶剂PEO与上述液态电解质升温至60℃，PEO发生凝胶化以后，置于70-80℃条件下加热48小时，得到本发明提供的凝胶电解质。
按照与实施例1完全相同的方法及制备条件组装染料敏化太阳能电池，仅将步骤1)中，刮膜过程中用来控制多孔膜厚度的胶带厚度由60μm提高到90μm；所用电解质为本实施例提供的液态电解质。
在AM1.5，100mW/cm2光照下用KEITHLEY 4200来测试电池的I-V性能曲线，得到电池的短路电流密度为10.78mA/cm2，开路电压为0.74V，填充因子为0.66，光电转换效率为5.30％。
实施例8
向组分及摩尔数分别为单质碘0.1mol、碘化锂0.1mol、N-甲基苯并咪唑0.45mol、1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘盐0.6mol、溶剂为甲氧基丙腈(用量为1L)的液态电解质中，添加液态电解质总质量10.0％分子量为2.0×106g/mol的PEO。在搅拌及密封条件下，将凝胶剂PEO与上述液态电解质升温至60℃，PEO发生凝胶化以后，置于70-80℃条件下加热48小时，得到本发明提供的凝胶电解质。
按照与实施例1完全相同的方法及制备条件组装染料敏化太阳能电池，仅将步骤1)中，刮膜过程中用来控制多孔膜厚度的胶带厚度由60μm提高到90μm；所用电解质为本实施例提供的液态电解质。
在AM1.5，100mW/cm2光照下用KEITHLEY 4200来测试电池的I-V性能曲线，得到电池的短路电流密度为11.01mA/cm2，开路电压为0.75V，填充因子为0.69，光电转换效率为5.65％。
实施例9
向组分及摩尔数分别为单质碘0.1mol、碘化锂0.1mol、N-甲基苯并咪唑0.45mol、1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘盐0.6mol、溶剂为甲氧基丙腈(用量为1L)的液态电解质中，添加液态电解质总质量12.5％分子量为2.0×106g/mol的PEO。在搅拌及密封条件下，将凝胶剂PEO与上述液态电解质升温至60℃，PEO发生凝胶化以后，置于70-80℃条件下加热48小时，得到本发明提供的凝胶电解质。
按照与实施例1完全相同的方法及制备条件组装染料敏化太阳能电池，仅将步骤1)中，刮膜过程中用来控制多孔膜厚度的胶带厚度由60μm提高到90μm；所用电解质为本实施例提供的液态电解质。
在AM1.5，100mW/cm2光照下用KEITHLEY 4200来测试电池的I-V性能曲线，得到电池的短路电流密度为9.99mA/cm2，开路电压为0.75V，填充因子为0.69，光电转换效率为5.16％。
实施例10
向组分及摩尔数分别为单质碘0.1mol、N-甲基苯并咪唑0.45mol、1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘盐0.7mol、溶剂为甲氧基丙腈(用量为1L)的液态电解质中，添加液态电解质总质量10.0％分子量为2.0×106g/mol的PEO。在搅拌及密封条件下，将凝胶剂PEO与上述液态电解质升温至60℃，PEO发生凝胶化以后，置于70-80℃条件下加热48小时，得到本发明提供的凝胶电解质。
按照与实施例1完全相同的方法及制备条件组装染料敏化太阳能电池，其中，所用电解质为本实施例提供的液态电解质。
在AM1.5，100mW/cm2光照下用KEITHLEY 4200来测试电池的I-V性能曲线，得到电池的短路电流密度为8.16mA/cm2，开路电压为0.70V，填充因子为0.68，光电转换效率为3.90％。
实施例11
向组分及摩尔数分别为单质碘0.1mol、碘化锂0.2mol、N-甲基苯并咪唑0.45mol、1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘盐0.5mol、溶剂为甲氧基丙腈(用量为1L)的液态电解质中，添加液态电解质总质量10.0％分子量为2.0×106g/mol的PEO。在搅拌及密封条件下，将凝胶剂PEO与上述液态电解质升温至60℃，PEO发生凝胶化以后，置于70-80℃条件下加热48小时，得到本发明提供的凝胶电解质。
按照与实施例1完全相同的方法及制备条件组装染料敏化太阳能电池，其中，所用电解质为本实施例提供的液态电解质。
在AM1.5，100mW/cm2光照下用KEITHLEY 4200来测试电池的I-V性能曲线，得到电池的短路电流密度为10.4mA/cm2，开路电压为0.69V，填充因子为0.62，光电转换效率为4.39％。
实施例12
向组分及摩尔数分别为单质碘0.1mol、碘化锂0.3mol、N-甲基苯并咪唑0.45mol、1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘盐0.4mol、溶剂为甲氧基丙腈(用量为1L)的液态电解质中，添加液态电解质总质量10.0％分子量为2.0×106g/mol的PEO。在搅拌及密封条件下，将凝胶剂PEO与上述液态电解质升温至60℃，PEO发生凝胶化以后，置于70-80℃条件下加热48小时，得到本发明提供的凝胶电解质。
按照与实施例1完全相同的方法及制备条件组装染料敏化太阳能电池，其中，所用电解质为本实施例提供的液态电解质。
在AM1.5，100mW/cm2光照下用KEITHLEY 4200来测试电池的I-V性能曲线，得到电池的短路电流密度为12.36mA/cm2，开路电压为0.70V，填充因子为0.59，光电转换效率为4.97％。
实施例13
向组分及摩尔数分别为单质碘0.1mol、碘化锂0.1mol、N-甲基苯并咪唑0.45mol、1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘盐0.6mol、溶剂为甲氧基丙腈与碳酸丙烯酯的混合物(用量为1L，甲氧基丙腈与碳酸丙烯酯的体积比为7∶3)的液态电解质中，添加液态电解质总质量10.0％分子量为2.0×106g/mol的PEO。在搅拌及密封条件下，将凝胶剂PEO与上述液态电解质升温至60℃，PEO发生凝胶化以后，置于70-80℃条件下加热48小时，得到本发明提供的凝胶电解质。
按照与实施例1完全相同的方法及制备条件组装染料敏化太阳能电池，其中，所用电解质为本实施例提供的液态电解质。
在AM1.5，100mW/cm2光照下用KEITHLEY 4200来测试电池的I-V性能曲线，得到电池的短路电流密度为10.81mA/cm2，开路电压为0.67V，填充因子为0.58，光电转换效率为4.29％。
实施例14
向组分及摩尔数分别为单质碘0.1mol、碘化锂0.1mol、N-甲基苯并咪唑0.45mol、1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘盐0.6mol、溶剂为甲氧基丙腈与碳酸乙烯酯的混合物(用量为1L，甲氧基丙腈与碳酸乙烯酯的体积比为7∶3)的液态电解质中，添加液态电解质总质量10.0％分子量为2.0×106g/mol的PEO。在搅拌及密封条件下，将凝胶剂PEO与上述液态电解质升温至60℃，PEO发生凝胶化以后，置于70-80℃条件下加热48小时，得到本发明提供的凝胶电解质。
按照与实施例1完全相同的方法及制备条件组装染料敏化太阳能电池，其中，所用电解质为本实施例提供的液态电解质。
在AM1.5，100mW/cm2光照下用KEITHLEY 4200来测试电池的I-V性能曲线，得到电池的短路电流密度为8.70mA/cm2，开路电压为0.69V，填充因子为0.67，光电转换效率为3.99％。
实施例15
向组分及摩尔数分别为单质碘0.1mol、碘化锂0.1mol、N-甲基苯并咪唑0.45mol、1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘盐0.6mol、溶剂为甲氧基丙腈、碳酸乙烯酯以及碳酸丙烯酯的混合物(用量为1L，甲氧基丙腈、碳酸乙烯酯以及碳酸丙烯酯的体积比为7∶1.5∶1.5)的液态电解质中，添加液态电解质总质量10.0％分子量为2.0×106g/mol的PEO。在搅拌及密封条件下，将凝胶剂PEO与上述液态电解质升温至60℃，PEO发生凝胶化以后，置于70-80℃条件下加热48小时，得到本发明提供的凝胶电解质。
按照与实施例1完全相同的方法及制备条件组装染料敏化太阳能电池，其中，所用电解质为本实施例提供的液态电解质。
在AM1.5，100mW/cm2光照下用KEITHLEY 4200来测试电池的I-V性能曲线，得到电池的短路电流密度为8.34mA/cm2，开路电压为0.68V，填充因子为0.69，光电转换效率为3.89％。
实施例16
向组分及摩尔数分别为单质碘0.1mol、碘化锂0.1mol、N-甲基苯并咪唑0.45mol、1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘盐0.6mol、溶剂为甲氧基丙腈的液态电解质中，添加液态电解质总质量2.5％分子量为3.0×105g/mol的PEO。在搅拌及密封条件下，将凝胶剂PEO与上述液态电解质升温至60℃，PEO发生凝胶化以后，置于70-80℃条件下加热48小时，得到本发明提供的凝胶电解质。
按照与实施例1完全相同的方法及制备条件组装染料敏化太阳能电池，其中，所用电解质为本实施例提供的液态电解质。
在AM1.5，100mW/cm2光照下用KEITHLEY 4200来测试电池的I-V性能曲线，得到电池的短路电流密度为7.54mA/cm2，开路电压为0.69V，填充因子为0.72，光电转换效率为3.74％。
实施例17
向组分及摩尔数分别为单质碘0.1mol、碘化锂0.1mol、N-甲基苯并咪唑0.45mol、1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘盐0.6mol、溶剂为甲氧基丙腈的液态电解质中，添加液态电解质总质量5.0％分子量为3.0×105g/mol的PEO。在搅拌及密封条件下，将凝胶剂PEO与上述液态电解质升温至60℃，PEO发生凝胶化以后，置于70-80℃条件下加热48小时，得到本发明提供的凝胶电解质。
按照与实施例1完全相同的方法及制备条件组装染料敏化太阳能电池，其中，所用电解质为本实施例提供的液态电解质。
在AM1.5，100mW/cm2光照下用KEITHLEY 4200来测试电池的I-V性能曲线，得到电池的短路电流密度为8.09mA/cm2，开路电压为0.70V，填充因子为0.71，光电转换效率为4.01％。
实施例18
向组分及摩尔数分别为单质碘0.1mol、碘化锂0.1mol、N-甲基苯并咪唑0.45mol、1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘盐0.6mol、溶剂为甲氧基丙腈的液态电解质中，添加液态电解质总质量10.0％分子量为3.0×105g/mol的PEO。在搅拌及密封条件下，将凝胶剂PEO与上述液态电解质升温至60℃，PEO发生凝胶化以后，置于70-80℃条件下加热48小时，得到本发明提供的凝胶电解质。
按照与实施例1完全相同的方法及制备条件组装染料敏化太阳能电池，其中，所用电解质为本实施例提供的液态电解质。
在AM1.5，100mW/cm2光照下用KEITHLEY 4200来测试电池的I-V性能曲线，得到电池的短路电流密度为8.38mA/cm2，开路电压为0.71V，填充因子为0.70，光电转换效率为4.16％。
实施例19
向组分及摩尔数分别为单质碘0.1mol、碘化锂0.1mol、N-甲基苯并咪唑0.45mol、1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘盐0.6mol、溶剂为甲氧基丙腈的液态电解质中，添加液态电解质总质量15.0％分子量为3.0×105g/mol的PEO。在搅拌及密封条件下，将凝胶剂PEO与上述液态电解质升温至60℃，PEO发生凝胶化以后，置于70-80℃条件下加热48小时，得到本发明提供的凝胶电解质。
按照与实施例1完全相同的方法及制备条件组装染料敏化太阳能电池，其中，所用电解质为本实施例提供的液态电解质。
在AM1.5，100mW/cm2光照下用KEITHLEY 4200来测试电池的I-V性能曲线，得到电池的短路电流密度为7.68mA/cm2，开路电压为0.72V，填充因子为0.71，光电转换效率为3.95％。
实施例20
向组分及摩尔数分别为单质碘0.1mol、碘化锂0.1mol、N-甲基苯并咪唑0.45mol、1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘盐0.6mol、溶剂为甲氧基丙腈的液态电解质中，添加液态电解质总质量20.0％分子量为3.0×105g/mol的PEO。在搅拌及密封条件下，将凝胶剂PEO与上述液态电解质升温至60℃，PEO发生凝胶化以后，置于70-80℃条件下加热48小时，得到本发明提供的凝胶电解质。
按照与实施例1完全相同的方法及制备条件组装染料敏化太阳能电池，其中，所用电解质为本实施例提供的液态电解质。
在AM1.5，100mW/cm2光照下用KEITHLEY 4200来测试电池的I-V性能曲线，得到电池的短路电流密度为8.05mA/cm2，开路电压为0.72V，填充因子为0.71，光电转换效率为4.08％。
实施例21
向组分及摩尔数分别为单质碘0.1mol、碘化锂0.1mol、N-甲基苯并咪唑0.45mol、1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘盐0.6mol、溶剂为甲氧基丙腈的液态电解质中，添加液态电解质总质量40.0％分子量为3.0×105g/mol的PEO。在搅拌及密封条件下，将凝胶剂PEO与上述液态电解质升温至60℃，PEO发生凝胶化以后，置于70-80℃条件下加热48小时，得到本发明提供的凝胶电解质。
按照与实施例1完全相同的方法及制备条件组装染料敏化太阳能电池，其中，所用电解质为本实施例提供的液态电解质。
在AM1.5，100mW/cm2光照下用KEITHLEY 4200来测试电池的I-V性能曲线，得到电池的短路电流密度为6.92mA/cm2，开路电压为0.70V，填充因子为0.73，光电转换效率为3.50％。
实施例22
向组分及摩尔数分别为单质碘0.1mol、碘化锂0.1mol、N-甲基苯并咪唑0.45mol、1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘盐0.6mol、溶剂为甲氧基丙腈的液态电解质中，添加液态电解质总质量2.5％分子量为4.0×106g/mol的PEO。在搅拌及密封条件下，将凝胶剂PEO与上述液态电解质升温至60℃，PEO发生凝胶化以后，置于70-80℃条件下加热48小时，得到本发明提供的凝胶电解质。
按照与实施例1完全相同的方法及制备条件组装染料敏化太阳能电池，其中，所用电解质为本实施例提供的液态电解质。
在AM1.5，100mW/cm2光照下用KEITHLEY 4200来测试电池的I-V性能曲线，得到电池的短路电流密度为7.79mA/cm2，开路电压为0.70V，填充因子为0.69，光电转换效率为3.74％。
实施例23
向组分及摩尔数分别为单质碘0.1mol、碘化锂0.1mol、N-甲基苯并咪唑0.45mol、1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘盐0.6mol、溶剂为甲氧基丙腈的液态电解质中，添加液态电解质总质量5.0％分子量为4.0×106g/mol的PEO。在搅拌及密封条件下，将凝胶剂PEO与上述液态电解质升温至60℃，PEO发生凝胶化以后，置于70-80℃条件下加热48小时，得到本发明提供的凝胶电解质。
按照与实施例1完全相同的方法及制备条件组装染料敏化太阳能电池，其中，所用电解质为本实施例提供的液态电解质。
在AM1.5，100mW/cm2光照下用KEITHLEY 4200来测试电池的I-V性能曲线，得到电池的短路电流密度为9.09mA/cm2，开路电压为0.72V，填充因子为0.70，光电转换效率为4.53％。
实施例24
向组分及摩尔数分别为单质碘0.1mol、碘化锂0.1mol、N-甲基苯并咪唑0.45mol、1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘盐0.6mol、溶剂为甲氧基丙腈的液态电解质中，添加液态电解质总质量7.5％分子量为4.0×106g/mol的PEO。在搅拌及密封条件下，将凝胶剂PEO与上述液态电解质升温至60℃，PEO发生凝胶化以后，置于70-80℃条件下加热48小时，得到本发明提供的凝胶电解质。
按照与实施例1完全相同的方法及制备条件组装染料敏化太阳能电池，其中，所用电解质为本实施例提供的液态电解质。
在AM1.5，100mW/cm2光照下用KEITHLEY 4200来测试电池的I-V性能曲线，得到电池的短路电流密度为8.68mA/cm2，开路电压为0.72V，填充因子为0.70，光电转换效率为4.40％。
实施例25
向组分及摩尔数分别为单质碘0.1mol、碘化锂0.1mol、N-甲基苯并咪唑0.45mol、1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘盐0.6mol、溶剂为甲氧基丙腈的液态电解质中，添加液态电解质总质量10.0％分子量为4.0×106g/mol的PEO。在搅拌及密封条件下，将凝胶剂PEO与上述液态电解质升温至60℃，PEO发生凝胶化以后，置于70-80℃条件下加热48小时，得到本发明提供的凝胶电解质。
按照与实施例1完全相同的方法及制备条件组装染料敏化太阳能电池，其中，所用电解质为本实施例提供的液态电解质。
在AM1.5，100mW/cm2光照下用KEITHLEY 4200来测试电池的I-V性能曲线，得到电池的短路电流密度为7.40mA/cm2，开路电压为0.71V，填充因子为0.73，光电转换效率为3.79％。
实施例26
向组分及摩尔数分别为单质碘0.1mol、碘化锂0.1mol、N-甲基苯并咪唑0.45mol、1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘盐0.6mol、溶剂为甲氧基丙腈的液态电解质中，添加液态电解质总质量12.5％分子量为4.0×106g/mol的PEO。在搅拌及密封条件下，将凝胶剂PEO与上述液态电解质升温至60℃，PEO发生凝胶化以后，置于70-80℃条件下加热48小时，得到本发明提供的凝胶电解质。
按照与实施例1完全相同的方法及制备条件组装染料敏化太阳能电池，其中，所用电解质为本实施例提供的液态电解质。
在AM1.5，100mW/cm2光照下用KEITHLEY 4200来测试电池的I-V性能曲线，得到电池的短路电流密度为7.59mA/cm2，开路电压为0.70V，填充因子为0.72，光电转换效率为3.83％。
实施例27
向组分及摩尔数分别为单质碘0.1mol、碘化锂0.1mol、N-甲基苯并咪唑0.45mol、1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘盐0.6mol、溶剂为甲氧基丙腈的液态电解质中，添加液态电解质总质量15.0％分子量为4.0×106g/mol的PEO。在搅拌及密封条件下，将凝胶剂PEO与上述液态电解质升温至60℃，PEO发生凝胶化以后，置于70-80℃条件下加热48小时，得到本发明提供的凝胶电解质。
按照与实施例1完全相同的方法及制备条件组装染料敏化太阳能电池，其中，所用电解质为本实施例提供的液态电解质。
在AM1.5，100mW/cm2光照下用KEITHLEY 4200来测试电池的I-V性能曲线，得到电池的短路电流密度为6.3mA/cm2，开路电压为0.71V，填充因子为0.74，光电转换效率为3.31％。
Claims (9)
1.一种液态电解质，由下述组分组成：单质碘、碘化锂、N-甲基苯并咪唑、1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘盐和溶剂；
所述溶剂选自3-甲氧基丙腈、乙腈、碳酸丙烯酯和碳酸乙烯酯中的至少一种；
所述单质碘、碘化锂、N-甲基苯并咪唑和1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘盐的摩尔份数比为0.05-0.15∶0-0.7∶0.1-0.6∶0-0.8；
所述单质碘在所述溶剂中的物质的量浓度为0.05-0.15mol/L。
2.根据权利要求1所述的电解质，其特征在于：所述单质碘、碘化锂、N-甲基苯并咪唑和1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘盐的摩尔份数比为0.1∶0-0.6∶0.15-0.55∶0-0.7。
3.根据权利要求2所述的电解质，其特征在于：所述单质碘、碘化锂、N-甲基苯并咪唑和1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘盐的摩尔份数比为下述四比值中的任意一种：
1)0.1∶0.1∶0.45∶0.6；
2)0.1∶0∶0.45∶0.7；
3)0.1∶0.2∶0.45∶0.5；
4)0.1∶0.3∶0.45∶0.4。
4.一种制备凝胶电解质的方法，是将凝胶剂加入到权利要求1所述液态电解质中，混匀后得到所述凝胶电解质；
所述凝胶剂为聚氧化乙烯；所述聚氧化乙烯的分子量为2.0×106g/mol；
所述凝胶剂的用量为液态电解质总质量的2.5％-30.0％。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述凝胶剂的用量为液态电解质总质量的5.0％-12.5％。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于：所述将凝胶剂与液态电解质混匀的方法为：在密封条件下，将凝胶剂与液态电解质升温，所述凝胶剂发生凝胶化以后，置于70-80℃加热。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：70-80℃加热的时间为48-72小时。
8.权利要求4-7任一所述方法制备得到的凝胶电解质。
9.权利要求8所述凝胶电解质在制备染料敏化太阳能电池中的应用。
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