CN102324304B - 一种染料敏化太阳能电池电解质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种染料敏化太阳能电池电解质，包括光电功能部分和光延缓功能部分组成，所述光延缓部分主要成分是稀土掺杂的纳米级长余辉发光材料。采用本发明所述的电解质有利于提高染料敏化太阳能电池的太阳光利用效率。

Description

一种染料敏化太阳能电池电解质
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种染料敏化太阳能电池电解质。
背景技术
染料敏化太阳能电池因其结构相对简单、成本低廉，作为新一代的太阳能电池而受到全世界的关注，被认为是能取代硅太阳能电池的新型太阳能电池。染料敏化太阳能电池主要有以下几部分组成：光阳极、电解质和光阴极。将光阳极和光阴极通过密封材料进行密封，将电解质通过预留的小孔灌入其中，这样就形成了染料敏化太阳能电池单元。光阳极主要由透明导电基板和染料敏化的纳米晶半导体薄膜构成，阴极主要由透明导电基板和铂催化层组成，电解质主要由氧化还原电对和溶剂组成。
发明内容
本发明的目的是提供一种有利于提高太阳光利用效率的染料敏化太阳能电池电解质。
为解决上述技术问题，本发明的具体技术方案如下：一种染料敏化太阳能电池电解质，其包括光电功能部分和光延缓功能部分，所述光延缓部分主要成分是稀土掺杂的纳米级长余辉发光材料。
优选的，所述稀土掺杂的纳米级长余辉发光材料的分子组成为：R1-x-yAl2O4:xEu2+，yRE3+，其中R可为Ca或者Sr，RE为Nd或者Yb，0.7≤x≤0.99，0.01≤y≤0.2。
优选的，所述稀土掺杂的纳米级长余辉发光材料的分子组成为：R1-x-yS:xEu2+，yRE3+，其中R为Ca或者Sr，RE为Nd或者Yb，0.7≤x≤0.99，0.01≤y≤0.2。
优选的，所述光延缓功能部分的浓度为0.01mol/L-0.10mol/L。
优选的，所述的稀土掺杂的纳米级长余辉发光材料的粒径大小为30纳米。
优选的，所述光电功能部分包括氧化还原电对、添加剂和离子液体，所述的氧化还原电对由碘单质和含碘负离子的化合物组成；所述添加剂为4-叔丁基吡啶、N-甲基比苯并咪唑或硫氰酸胍盐；所述的离子液体为咪唑盐类离子液体，包括二取代咪唑碘盐、咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐和咪唑硫氰酸盐中的一种或几种的混合溶液。
优选的，所述含碘负离子的化合物是Lil、Kl、Nal或烷基咪唑碘。
优选的，所述碘的浓度为0.05mol/L-0.10mol/L、碘负离子的浓度为0.1mol/L-0.5mol/L、添加剂的摩尔浓度为0.1mol/L-0.5mol/L。
优选的，离子液体优选1-丙基-3-甲基咪唑碘盐、1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐和1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐中一种或几种的混合溶液。
优选的，该染料敏化太阳能电池电解质还包括溶剂，该溶剂为乙腈、1.4-丁内酯、1-丙基-3-甲基咪唑碘盐、或1-丙基-3-甲基咪唑碘盐、1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐和1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐的混合液。
本发明在染料敏化太阳能电池的电解质中引入稀土掺杂的纳米级长余辉发光材料，利用其长余辉的效果可以有效的提高太阳光的利用效率，综合提高DSC电池的工作时间。长余辉发光材料的发射光波长可在400nm-600nm间进行调整，并且可以在无光照的条件下持续发光10小时，因此可以使太阳能电池在长余辉发光材料发出的弱光下持续发电数小时。
具体实施方式：
符合本发明的染料敏化太阳能电池电解质主要由光电功能部分、光延缓功能部分和溶剂组成。
光电功能部分主要起氧化还原作用和电荷传输作用，由氧化还原电对、添加剂和离子液体三部分组成。
氧化还原电对由碘单质和含碘负离子的化合物组成，含碘负离子的化合物是Lil、Kl、Nal或烷基咪唑碘等碘化物。
添加剂的作用主要是与光阳极进行螯合，进而抑制电池暗电流的产生，如4-叔丁基吡啶、N-甲基比苯并咪唑、硫氰酸胍盐等。其中碘的浓度为0.05mol/L-0.10mol/L、碘负离子的浓度为0.1mol/L-0.5mol/L、添加剂的摩尔浓度为0.1mol/L-0.5mol/L。
离子液体的主要作用为上述氧化还原电对和添加剂的溶剂使用，是室温下为液态的咪唑盐类离子液体，如二取代咪唑碘盐，咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐和咪唑硫氰酸盐类离子液体，或以上几种溶剂的混合溶液。优选1-丙基-3-甲基咪唑碘盐、1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐和1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐及其混合溶液。
光延缓功能部分主要是用来提高太阳光的利用效率，综合提高DSC电池的工作时间。该部分主要成分是稀土掺杂的纳米级长余辉发光材料，分子组成为：R1-x-yAl2O4:xEu2+，yRE3+，其中R可为Ca或者Sr，RE可为Nd或者Yb，0.7≤x≤0.99，0.01≤y≤0.2，其分子组成也可为R1-x-yS:xEu2+，yRE3+，其中R可为Ca或者Sr，RE可为Nd或者Yb，0.7≤x≤0.99，0.01≤y≤0.2。光延缓功能部分的浓度为0.01mol/L-0.10mol/L。
实施例1：
在本实施例中，染料敏化太阳能电池电解质由以下几部分组成：
光电功能部分由浓度为0.05mol/L的碘、浓度为0.5mol/L的碘化钾及浓度为0.3mol/L的4-叔丁基吡啶组成；
光延缓功能部分的浓度为0.050.5mol/L，主要成分是稀土掺杂的纳米级长余辉发光材料，分子组成为：Ca1-x-yAl2O4:xEu2+，yNd3+，其中0.7≤x≤0.99，0.01≤y≤0.2。
溶剂：乙腈。
实施例2：
在本实施例中，染料敏化太阳能电池电解质由以下几部分组成：
光电功能部分由浓度为0.07mol/L的碘、浓度为0.1mol/L的碘化锂及浓度为0.5mol/L的硫氰酸胍盐组成；
光延缓功能部分的浓度为0.01mol/L，主要成分是稀土掺杂的纳米级长余辉发光材料，其分子组成为：Sr1-x-yAl2O4:xEu2+，yYb3+，其中0.7≤x≤0.99，0.01≤y≤0.2。
溶剂：1.4-丁内酯。
实施例3：
在本实施例中，染料敏化太阳能电池电解质由以下几部分组成：
光电功能部分由浓度为0.1mol/L的碘、浓度为0.3mol/L的碘化钠及浓度为0.1mol/L的N-甲基比苯并咪唑组成；
光延缓功能部分的浓度为0.10mol/L，主要成分是稀土掺杂的纳米级长余辉发光材料，其分子组成为：Ca1-x-yS:xEu2+，yNd3+，其中0.7≤x≤0.99，0.01≤y≤0.2。
溶剂：1-丙基-3-甲基咪唑碘盐。
实施例4：
在本实施例中，染料敏化太阳能电池电解质由以下几部分组成：
光电功能部分由浓度为0.05mol/L碘和浓度为0.25mol/L的碘化锂组成。
光延缓功能部分的浓度为0.3mol/L，主要成分是稀土掺杂的纳米级长余辉发光材料，分子组成为：Sr1-x-yS:xEu2+，yYb3+，其中0.7≤x≤0.99，0.01≤y≤0.2。
溶剂：1-丙基-3-甲基咪唑碘盐、1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐和1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸盐的混合液，其各组分的体积比为4∶3∶3。

Claims (5)

1.一种染料敏化太阳能电池电解质，其特征在于：包括光电功能部分和光延缓功能部分，所述光延缓功能部分主要成分是稀土掺杂的纳米级长余辉发光材料；
所述稀土掺杂的纳米级长余辉发光材料的分子组成为：R1‐x‐yAl2O4:xEu2+，yRE3+，其中R为Ca或者Sr，RE为Nd或者Yb，0.7≤x≤0.99，0.01≤y≤0.2；
或，
所述稀土掺杂的纳米级长余辉发光材料的分子组成为：R1‐x‐yS：xEu2+，yRE3+，其中R为Ca或者Sr，RE为Nd或者Yb，0.7≤x≤0.99，0.01≤y≤0.2；
所述光延缓功能部分的浓度为0.01mol/L‐0.10mol/L；
所述光电功能部分包括氧化还原电对、添加剂和离子液体，所述的氧化还原电对由碘单质和含碘负离子的化合物组成；所述添加剂为4‐叔丁基吡啶、N‐甲基比苯并咪唑或硫氰酸胍盐；所述的离子液体为咪唑盐类离子液体，包括二取代咪唑碘盐、咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐和咪唑硫氰酸盐中的一种或几种的混合溶液；
该染料敏化太阳能电池电解质还包括溶剂，该溶剂为1‐丙基‐3‐甲基咪唑碘盐、或1‐丙基‐3‐甲基咪唑碘盐、1‐乙基‐3‐甲基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐和1‐乙基‐3‐甲基咪唑硫氰酸盐的混合液。
2.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池电解质，其特征在于：所述的稀土掺杂的纳米级长余辉发光材料的粒径大小为30纳米。
3.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池电解质，其特征在于：所述含碘负离子的化合物是LiI、KI、NaI或烷基咪唑碘。
4.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池电解质，其特征在于：所述碘的浓度为0.05mol/L‐0.10mol/L、碘负离子的浓度为0.1mol/L‐0.5mol/L、添加剂的浓度为0.1mol/L‐0.5mol/L。
5.如权利要求1所述的染料敏化太阳能电池电解质，其特征在于：离子液体选自1‐丙基‐3‐甲基咪唑碘盐、1‐乙基‐3‐甲基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐和1‐乙基‐3‐甲基咪唑硫氰酸盐中一种或几种的混合溶液。
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