CN102789902A - 电解质添加剂、电解质及其太阳能电池 - Google Patents

电解质添加剂、电解质及其太阳能电池 Download PDF

Info

Publication number
CN102789902A
CN102789902A CN2012102653003A CN201210265300A CN102789902A CN 102789902 A CN102789902 A CN 102789902A CN 2012102653003 A CN2012102653003 A CN 2012102653003A CN 201210265300 A CN201210265300 A CN 201210265300A CN 102789902 A CN102789902 A CN 102789902A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrolyte
additive agent
preparation
execution
coo
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2012102653003A
Other languages
English (en)
Inventor
翁韬
张鸿
马廷丽
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
YINGKOU OPV TECH NEW ENERGY Co Ltd
Original Assignee
YINGKOU OPV TECH NEW ENERGY Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by YINGKOU OPV TECH NEW ENERGY Co Ltd filed Critical YINGKOU OPV TECH NEW ENERGY Co Ltd
Priority to CN2012102653003A priority Critical patent/CN102789902A/zh
Publication of CN102789902A publication Critical patent/CN102789902A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542—Dye sensitized solar cells

Landscapes

  • Hybrid Cells (AREA)

Abstract

一种电解质添加剂，所述电解质添加剂为季铵盐离子液体添加剂，所述电解质添加剂具有如下的化学式结构：
Figure DDA00001944972100011
其中，所述R为C1~C16烷基取代基；所述
Figure DDA00001944972100012
为阴离子，Cl-、Br-、I-、BF4 -、PF6 -、CF3SO3 -、C2F5SO3 -、[N(SO2CF3)2]-、[N(SO2C2F5)2]-、[N(SO2C3F7)2]-、SCN-、N(CN)2 -、C(CN3)-、SiF6 -、B(CN)4 -、CF3COO-、C2F5COO-、NO3 -、SO4 2-、ClO4 -、PO4 -的其中之一离子。本发明所述用于染料敏化太阳能电池电解质添加剂合成步骤简单、性能稳定、价格低廉，且不易挥发和泄露，不会对环境造成污染。将本发明所述的电解质添加剂加入到电解质中，并制备的染料敏化太阳能电池性能优良、稳定性高，且令染料敏化太阳能电池更加绿色环保，更加突显出这一绿色能源的独特优势。

Description

电解质添加剂、电解质及其太阳能电池
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种用于染料敏化太阳电池的电解质添加剂、电解质及其太阳能电池。
背景技术
染料敏化太阳能电池（Dye-sensitized Solar Cells，DSCs）是一种高效、廉价的新型有机薄膜太阳能电池。所述染料敏化太阳能电池包括呈面向设置并分别用于制备光阳极和对电极的透明导电基板、沉积在所述其中之一透明导电基板上的纳米晶多孔薄膜、吸附在所述纳米晶多孔薄膜表面的染料敏化剂，以及设置在所述透明导电基板之间的电解质。
所述染料敏化太阳能电池的工作原理如下：第一、所述染料敏化剂受太阳光照射，产生电子-空穴对；第二、所述光生电子快速注入到所述纳米晶多孔薄膜的纳米晶半导体颗粒的导带中；第三、所述光生电子经纳米晶半导体多孔薄膜传递到透明导电基板；第四、所述光生电子再经外电路传递到另一透明导电基板；第五、所述氧化态的染料敏化剂在氧化还原电对的作用下回到基态，如此循环构成太阳能电池。在电子的循环过程中，电解质起着传递载流子的作用，氧化还原电对在电解质中的扩散以及载流子在电解质中的复合直接影响了DSCs的光电性能。
所述电解质是太阳能电池，尤其是染料敏化太阳能电池的重要组成部分，是光阳极和对电极之间电荷传输的媒介，使得所述太阳能电池中的各个组分分别回到其初始状态，组成一个闭合回路，其性能的优劣直接影响所述太阳能电池的光电性能。另外，电解质添加剂是电解质的重要组成部分，且所述电解质添加剂对所述太阳能电池的开路电压，短路电流及暗电流产生非常重要的影响。
目前，常用的添加剂如已在国外文献上公开的4-叔丁基吡啶（TBP）和N-甲基苯并咪唑（NMB)。同时，在专利号为200810104933.X的中国专利中也揭露了一种采用2-甲基-4硝基吡啶N-O为起始反应物制备的染料敏化太阳能电池电解质添加剂。该类电解质添加剂由于烷氧基团和吡啶环形成共轭作用，使得吡啶环上氮原子的孤对电子密度增大，进而与所述染料敏化太阳能电池二氧化钛光阳极表面的Ti4+离子形成强的配位作用。因而，该类电解质添加剂可以作为染料敏化太阳能电池电解质的添加剂，用于提高染料敏化太阳能电池的开路电压。
但是，由于所述4-叔丁基吡啶（TBP)、N-甲基苯并咪唑（NMB)、2-甲基-4烷氧基吡啶化合物等常规电解质添加剂沸点低（190-250℃）、易挥发、易泄露，以及电池高温运行的易燃性和热不稳定性等因素造成所述染料敏化太阳能电池的不稳定和性能下降。此外，所述杂环化合物电解质添加剂的合成工艺难度大、制造成本昂贵等系列问题同样严重的制约了所述染料敏化太阳能电池的研究及大规模工业化生产。因此，开发一种无污染、稳定性好、价格低廉的添加剂具有重大的意义。
故针对现有技术存在的问题，本案设计人凭借从事此行业多年的经验，积极研究改良，于是有了发明一种用于染料敏化太阳电池的电解质添加剂、电解质及其染料敏化太阳能电池。
发明内容
本发明是针对现有技术中，传统的电解质添加剂的合成工艺难度大、制造成本昂贵等缺陷提供一种电解质添加剂。
本发明的又一目的是针对现有技术中，传统的电解质添加剂的合成工艺难度大、制造成本昂贵等缺陷提供一种电解质添加剂的制备方法。
本发明的第三目的是针对现有技术中，传统的电解质添加剂的合成工艺难度大、制造成本昂贵等缺陷提供一种具有合成步骤简单、性能稳定、价格低廉，且不易挥发和泄露，不会对环境造成污染的电解质。
本发明的第四目的是针对现有技术中，传统的电解质添加剂的合成工艺难度大、制造成本昂贵等缺陷提供一种具有合成步骤简单、性能稳定、价格低廉，且不易挥发和泄露，不会对环境造成污染的电解质的制备方法。
本发明的第五目的是针对现有技术中，传统的电解质添加剂的合成工艺难度大、制造成本昂贵等缺陷提供一种性能优良、稳定性高的染料敏化太阳能电池。
为了解决上述问题，本发明提供一种电解质添加剂，所述电解质添加剂为季铵盐离子液体添加剂，所述电解质添加剂具有如下的化学式结构：
Figure BDA00001944971900031
其中，所述R为C1~C16烷基取代基；所述
Figure BDA00001944971900032
为阴离子，Cl-、Br-、I-、BF4 -、PF6 -、CF3SO3 -、C2F5SO3 -、[N(SO2CF3)2]-、[N(SO2C2F5)2]-、[N(SO2C3F7)2]-、SCN-、N(CN)2 -、C(CN3)-、SiF6 -、B(CN)4 -、CF3COO-、C2F5COO-、NO3 -、SO4 2-、ClO4 -、PO4 -的其中之一离子。
为实现本发明之第二目的，本发明提供一种电解质添加剂的制备方法，所述制备方法包括：
执行步骤S1：量取4-二甲氨基吡啶和相对于所述4-二甲氨基吡啶过量的卤代烷反应，其反应式为：
Figure BDA00001944971900041
执行步骤S2：待所述4-二甲氨基吡啶和所述卤代烷充分反应后依次进行洗涤、分离，以及干燥工序以获得所述电解质添加剂。
可选的，所述制备方法进一步包括：
执行步骤S3：将所制备的电解质添加剂进一步在阴离子BF4 -、PF6 -、CF3SO3 -、C2F5SO3 -、[N(SO2CF3)2]-、[N(SO2C2F5)2]-、[N(SO2C3F7)2]-、SCN-、N(CN)2 -、C(CN3)-、SiF6 -、B(CN)4 -、CF3COO-、C2F5COO-、NO3 -、SO4 2-、ClO4 -、PO4 -其中之一的盐溶液中充分的进行阴离子交换，以获得所述的电解质添加剂。
可选的，所述用于洗涤工序的洗涤溶液为乙醚。
可选的，所述盐溶液包括但不限于钠盐、锂盐、钾盐或银盐的其中之一或其混合物。
为实现本发明之第三目的，本发明提供一种具有所述电解质添加剂的电解质，所述电解质包括具有不同阴离子，Cl-、Br-、I-、BF4 -、PF6 -、CF3SO3 -、C2F5SO3 -、[N(SO2CF3)2]-、[N(SO2C2F5)2]-、[N(SO2C3F7)2]-、SCN-、N(CN)2 -、C(CN3)-、SiF6 -、B(CN)4 -、CF3COO-、C2F5COO-、NO3 -、SO4 2-、ClO4 -、PO4 -的其中之一离子的化合物，或者具有不同阴离子，例如Cl-、Br-、I-、BF4 -、PF6 -、CF3SO3 -、C2F5SO3 -、[N(SO2CF3)2]-、[N(SO2C2F5)2]-、[N(SO2C3F7)2]-、SCN-、N(CN)2 -、C(CN3)-、SiF6 -、B(CN)4 -、CF3COO-、C2F5COO-、NO3 -、SO4 2-、ClO4 -、PO4 -的不同离子的化合物所形成的混合物添加剂。
为实现本发明之第四目的，本发明提供一种所述电解质的制备方法，所述电解质的制备方法包括：
执行步骤S1：将所述电解质添加剂按照摩尔浓度0.1~1.0mol/L，添加到电解质中；
执行步骤S2：将所述电解质添加剂在所述电解质中溶解均匀以获得本发明所述用于染料敏化太阳能电池的电解质。
可选的，所述电解质为液态电解质、拟固态电解质或固态电解质的其中之一。
可选的，所述电解质为I2的γ-丁内酯（GBL）有机溶剂电解质、I2与聚偏氟乙烯（PVDF）的γ-丁内酯（GBL）有机溶剂电解质、I2的1-甲基-3-丙基咪唑碘化盐（PMII）的离子液态电解质、I2的1-甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐（EminBF4）的离子液态电解质的其中之一。
为实现本发明之第五目的，本发明提供一种染料敏化太阳能电池，所述染料敏化太阳能电池具有所述电解质。
综上所述，本发明所述用于染料敏化太阳能电池电解质添加剂合成步骤简单、性能稳定、价格低廉，且不易挥发和泄露，不会对环境造成污染。将本发明所述的电解质添加剂加入到电解质中，并制备的染料敏化太阳能电池性能优良、稳定性高，且令染料敏化太阳能电池更加绿色环保，更加突显出这一绿色能源的独特优势。
附图说明
图1所示为本具有本发明所述电解质添加剂的染料敏化太阳能电池的耐久性测试结果。
具体实施方式
为详细说明本发明创造的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。
本发明所述一种用于染料敏化太阳能电池的电解质添加剂为季铵盐离子液体添加剂，所述电解质添加剂具有如下的化学式结构：
Figure BDA00001944971900061
其中，所述R为C1~C16烷基取代基；所述
Figure BDA00001944971900062
为阴离子，包括但不限于Cl-、Br-、I-等卤素离子，以及BF4 -、PF6 -、CF3SO3 -、C2F5SO3 -、[N(SO2CF3)2]-、[N(SO2C2F5)2]-、[N(SO2C3F7)2]-、SCN-、N(CN)2 -、C(CN3)-、SiF6 -、B(CN)4 -、CF3COO-、C2F5COO-、NO3 -、SO4 2-、ClO4 -、PO4 -的其中之一离子。
在本发明中，列举地，所阴离子Cl-、Br-、I-等卤素离子的其中之一时，所述电解质添加剂的制备方法包括：
执行步骤S11：量取适量的4-二甲氨基吡啶和相对于所述4-二甲氨基吡啶过量的卤代烷反应，其反应式为：
Figure BDA00001944971900064
执行步骤S12：待所述4-二甲氨基吡啶和所述卤代烷充分反应后依次进行洗涤、分离，以及干燥工序以获得本发明所述电解质添加剂。在本发明中，所述用于洗涤工序的洗涤溶液为乙醚。
列举地，所述
Figure BDA00001944971900065
为阴离子BF4 -、PF6 -、CF3SO3 -、C2F5SO3 -、[N(SO2CF3)2]-、[N(SO2C2F5)2]-、[N(SO2C3F7)2]-、SCN-、N(CN)2 -、C(CN3)-、SiF6 -、B(CN)4 -、CF3COO-、C2F5COO-、NO3 -、SO4 2-、ClO4 -、PO4 -其中之一时，所述电解质添加剂的制备方法包括：
执行步骤S21：量取适量的4-二甲氨基吡啶和相对于所述4-二甲氨基吡啶过量的卤代烷反应，其反应式为：
Figure BDA00001944971900071
其中，所述Y为卤素元素，包括但不限于Cl、Br、I其中之一；
执行步骤S22：待所述4-二甲氨基吡啶和所述卤代烷充分反应后依次进行洗涤、分离，以及干燥工序以获得所述电解质添加剂的前驱物；在本发明中，所述用于洗涤工序的洗涤溶液为乙醚。
执行步骤S23：将所述步骤S22中所制备的前驱物在阴离子BF4 -、PF6 -、CF3SO3 -、C2F5SO3 -、[N(SO2CF3)2]-、[N(SO2C2F5)2]-、[N(SO2C3F7)2]-、SCN-、N(CN)2 -、C(CN3)-、SiF6 -、B(CN)4 -、CF3COO-、C2F5COO-、NO3 -、SO4 2-、ClO4 -、PO4 -其中之一的盐溶液中充分的进行阴离子交换，以获得本发明所述的电解质添加剂。所述盐溶液包括但不限于钠盐、锂盐、钾盐或银盐的其中之一或其混合物。
在本发明中，所述的电解质具有所述电解质添加剂，所述电解质添加剂具有如下的化学式结构：
Figure BDA00001944971900072
其中，所述R为C1~C16烷基取代基；
Figure BDA00001944971900073
为阴离子，包括但不限于Cl-、Br-、I-等卤素离子，以及BF4 -、PF6 -、CF3SO3 -、C2F5SO3 -、[N(SO2CF3)2]-、[N(SO2C2F5)2]-、[N(SO2C3F7)2]-、SCN-、N(CN)2 -、C(CN3)-、SiF6 -、B(CN)4 -、CF3COO-、C2F5COO-、NO3 -、SO4 2-、ClO4 -、PO4 -的其中之一离子。
显然地，所述电解质包括的电解质添加剂可为具有不同阴离子，例如Cl-、Br-、I-等卤素离子，以及BF4 -、PF6 -、CF3SO3 -、C2F5SO3 -、[N(SO2CF3)2]-、[N(SO2C2F5)2]-、[N(SO2C3F7)2]-、SCN-、N(CN)2 -、C(CN3)-、SiF6 -、B(CN)4 -、CF3COO-、C2F5COO-、NO3 -、SO4 2-、ClO4 -、PO4 -的其中之一离子的化合物，或者具有不同阴离子，例如Cl-、Br-、I-等卤素离子，以及BF4 -、PF6 -、CF3SO3 -、C2F5SO3 -、[N(SO2CF3)2]-、[N(SO2C2F5)2]-、[N(SO2C3F7)2]-、SCN-、N(CN)2 -、C(CN3)-、SiF6 -、B(CN)4 -、CF3COO-、C2F5COO-、NO3 -、SO4 2-、ClO4 -、PO4 -的不同离子的化合物所形成的混合物添加剂。
在本发明中，所述电解质的制备方法包括：
执行步骤S31：将所述电解质添加剂按照摩尔浓度0.1~1.0mol/L，添加到电解质中；所述电解质包括但不限于液态电解质、拟固态电解质或固态电解质。所述电解质列举的为I2的γ-丁内酯（GBL）有机溶剂电解质、I2与聚偏氟乙烯（PVDF）的γ-丁内酯（GBL）有机溶剂电解质、I2的1-甲基-3-丙基咪唑碘化盐（PMII）的离子液态电解质、I2的1-甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐（EminBF4）的离子液态电解质。
执行步骤S32：将所述电解质添加剂在所述电解质中溶解均匀以获得本发明所述用于染料敏化太阳能电池的电解质。
在本发明中，进一步包括将具有本发明所述电解质添加剂的电解质应用于所述染料敏化太阳能电池。
实施例一
在本实施例中，以电解质添加剂为例进行阐述。
所述电解质添加剂
Figure BDA00001944971900092
的制备包括以下步骤：
执行步骤S41：量取2.44g
Figure BDA00001944971900093
执行步骤S42：在惰性气体保护下加入2.61g
Figure BDA00001944971900094
的乙腈溶液，并在60~100℃下反应，薄层色谱（TLC）跟踪反应；所述惰性气体包括但不限于如氩气、氮气；
执行步骤S43：待
Figure BDA00001944971900095
与的乙腈溶液完全反应后，除去溶剂中的粗产品；
执行步骤S44：在去除所述粗产品后的溶剂中加入大量乙醚洗涤，并真空干燥以获得电解质添加剂
Figure BDA00001944971900097
对所述电解质添加剂进行核磁分析，结果如下：1HNMR(400MHz,CDCl3)：8.48（2H，d），7.02（2H，d），4.44-4.45（2H，m），3.29（6H，s），1.56（3H，t）。
实施例二：
在本实施例中，以电解质添加剂为例进行阐述。
所述电解质添加剂的制备包括以下步骤：
执行步骤S51：量取2.44g
Figure BDA00001944971900102
执行步骤S52：在惰性气体保护下加入2.95g
Figure BDA00001944971900103
的乙腈溶液，并在60~100℃下反应，薄层色谱（TLC）跟踪反应；所述惰性气体包括但不限于如氩气、氮气；
执行步骤S53：待
Figure BDA00001944971900104
与的乙腈溶液完全反应后，除去溶剂中的粗产品；
执行步骤S54：在去除所述粗产品后的溶剂中加入大量乙醚洗涤，并真空干燥以获得电解质添加剂
对所述电解质添加剂进行核磁分析，结果如下：1HNMR(400MHz,CDCl3)：8.44（2H，d），7.03（2H，d），4.32（2H，t），3.30（6H，s），1.92-1.98（2H，d），0.98（3H，t）。
实施例三：
在本实施例中，以电解质添加剂为例进行阐述。
所述电解质添加剂
Figure BDA00001944971900108
的制备包括以下步骤：
执行步骤S61：量取2.44g
Figure BDA00001944971900111
执行步骤S62：在惰性气体保护下加入3.96g
Figure BDA00001944971900112
的乙腈溶液，并在60~100℃下反应，薄层色谱（TLC）跟踪反应；所述惰性气体包括但不限于如氩气、氮气；
执行步骤S63：待
Figure BDA00001944971900113
与
Figure BDA00001944971900114
的乙腈溶液完全反应后，除去溶剂中的粗产品；
执行步骤S64：在去除所述粗产品后的溶剂中加入大量乙醚洗涤，并真空干燥以获得电解质添加剂
对所述电解质添加剂进行核磁分析，结果如下：1HNMR(400MHz,CDCl3)：8.50（2H，d），7.06（2H，d），4.34（2H，t），3.29（6H，s），1.88（2H，m），1.30（6H，m），0.87（3H，t）。
实施例四
在本实施例中，以电解质添加剂为例进行阐述。
所述电解质添加剂
Figure BDA00001944971900117
的制备包括以下步骤：
执行步骤S71：量取2.44g
Figure BDA00001944971900118
执行步骤S72：在惰性气体保护下加入4.64g的乙腈溶液，并在60~100℃下反应，薄层色谱（TLC）跟踪反应；所述惰性气体包括但不限于如氩气、氮气；
执行步骤S73：待
Figure BDA00001944971900121
与
Figure BDA00001944971900122
完全反应后，除去溶剂中的粗产品；
执行步骤S74：在去除所述粗产品后的溶剂中加入大量乙醚洗涤，并真空干燥以获得电解质添加剂
Figure BDA00001944971900123
对所述电解质添加剂进行核磁分析，结果如下：1HNMR(400MHz,CDCl3)：8.42（2H，d），6.99（2H，d），4.26（2H，t），3.20（6H，s），1.79（2H，m），1.15-1.22（10H，m），0.78（3H，t）。
实施例五
在本实施例中，以电解质添加剂
Figure BDA00001944971900124
为例进行阐述。
所述电解质添加剂
Figure BDA00001944971900125
的制备包括以下步骤：
执行步骤S81：量取1.23g
执行步骤S82：在惰性气体保护下加入3.66g
Figure BDA00001944971900127
的乙腈溶液，并在60~100℃下反应，薄层色谱（TLC）跟踪反应；所述惰性气体包括但不限于如氩气、氮气；
执行步骤S83：待与
Figure BDA00001944971900132
的乙腈溶液完全反应后，除去溶剂中的粗产品；
执行步骤S84：在去除所述粗产品后的溶剂中加入大量乙醚洗涤，并真空干燥以获得电解质添加剂
Figure BDA00001944971900133
对所述电解质添加剂进行核磁分析，结果如下：1HNMR(400MHz,CDCl3)：8.36（2H，d），7.03（2H，d），4.31（2H，t），3.29（6H，s），1.86-1.90（2H，m），1.24-1.32（26H，m），0.88（3H，t）。
实施例六
在本实施例中，以电解质添加剂
Figure BDA00001944971900134
为例进行阐述。
所述电解质添加剂
Figure BDA00001944971900135
的制备包括以下步骤：
执行步骤S91：量取2.44g
Figure BDA00001944971900136
执行步骤S92：在惰性气体保护下加入3.74g的乙腈溶液，并在60~100℃下反应，薄层色谱（TLC）跟踪反应；所述惰性气体包括但不限于如氩气、氮气；
执行步骤S93：待
Figure BDA00001944971900138
与
Figure BDA00001944971900139
的乙腈溶液完全反应后，除去溶剂中的粗产品；
执行步骤S94：在去除所述粗产品后的溶剂中加入大量乙醚洗涤，并真空干燥以获得电解质添加剂
Figure BDA00001944971900141
对所述电解质添加剂进行核磁分析，结果如下：1HNMR(400MHz,CDCl3)：8.48（2H，d），7.02（2H，d），4.44-4.45（2H，m），3.29（6H，s），1.56（3H，t）。
实施例七
在本实施例中，以电解质添加剂
Figure BDA00001944971900142
为例进行阐述。
所述电解质添加剂的制备包括以下步骤：
执行步骤S101：量取2.44g
Figure BDA00001944971900144
执行步骤S102：在惰性气体保护下加入4.08g
Figure BDA00001944971900145
的乙腈溶液，并在60~100℃下反应，薄层色谱（TLC）跟踪反应；所述惰性气体包括但不限于如氩气、氮气；
执行步骤S103：待
Figure BDA00001944971900146
与的乙腈溶液完全反应后，除去溶剂中的粗产品；
执行步骤S104：在去除所述粗产品后的溶剂中加入大量乙醚洗涤，真空干燥以获得电解质添加剂
对所述电解质添加剂进行核磁分析，结果如下：1HNMR(400MHz,CDCl3)：8.44（2H，d），7.03（2H，d），4.32（2H，t），3.30（6H，s），1.92-1.98（2H，d），0.98（3H，t）。
实施例八
在本实施例中，以电解质添加剂
Figure BDA00001944971900151
为例进行阐述。
所述电解质添加剂
Figure BDA00001944971900152
的制备包括以下步骤：
执行步骤S111：量取1.44g
Figure BDA00001944971900153
溶入乙醇溶液中，并加入过量KI溶液；
执行步骤S112：待所述溶液完全反应后，依次进行洗涤、干燥工序以获得所述电解质添加剂
Figure BDA00001944971900154
对所述电解质添加剂进行核磁分析，结果如下：1HNMR(400MHz,CDCl3)：8.50（2H，d），7.06（2H，d），4.34（2H，t），3.29（6H，s），1.88（2H，m），1.30（6H，m），0.87（3H，t）。
实施例九
在本实施例中，以电解质添加剂
Figure BDA00001944971900161
为例进行阐述。
所述电解质添加剂
Figure BDA00001944971900162
的制备包括以下步骤：
执行步骤S121：量取1.57g溶入乙醇溶液中，并加入过量KI溶液；
执行步骤S121：待所述溶液完全反应后，依次进行洗涤、干燥工序以获得所述电解质添加剂
对所述电解质添加剂进行核磁分析，结果如下：1HNMR(400MHz,CDCl3)：8.42（2H，d），6.99（2H，d），4.26（2H，t），3.20（6H，s），1.79（2H，m），1.15-1.22（10H，m），0.78（3H，t）。
实施例十
在本实施例中，以电解质添加剂
Figure BDA00001944971900165
为例进行阐述。
所述电解质添加剂
Figure BDA00001944971900166
的制备包括以下步骤：
执行步骤S131：量取4.38g
Figure BDA00001944971900167
溶入乙醇溶液中，并加入过量KI溶液；
执行步骤S132：待所述溶液完全反应后，依次进行洗涤、干燥工序以获得所述电解质添加剂
Figure BDA00001944971900171
对所述电解质添加剂进行核磁分析，结果如下：1HNMR(400MHz,CDCl3)：8.36（2H，d），7.03（2H，d），4.31（2H，t），3.29（6H，s），1.86-1.90（2H，m），1.24-1.32（26H，m），0.88（3H，t）。
实施例十一
在本实施例中，以电解质添加剂为例进行阐述。
所述电解质添加剂
Figure BDA00001944971900173
的制备包括以下步骤：
执行步骤S141：量取2.44g
Figure BDA00001944971900174
溶入乙醇溶液中，并加入过量NaBF4溶液；
执行步骤S142：待所述溶液完全反应后，依次进行洗涤、干燥工序以获得所述电解质添加剂
对所述电解质添加剂进行核磁分析，结果如下：1HNMR(400MHz,CDCl3)：8.44（2H，d），7.03（2H，d），4.32（2H，t），3.30（6H，s），1.92-1.98（2H，d），0.98（3H，t）。
实施例十二
在本实施例中，以电解质添加剂
Figure BDA00001944971900181
为例进行阐述。
所述电解质添加剂
Figure BDA00001944971900182
的制备包括以下步骤：
执行步骤S151：量取1.57g
Figure BDA00001944971900183
溶入乙醇溶液中，并加入过量NH4PF6溶液；
执行步骤S152：待所述溶液完全反应后，依次进行洗涤、干燥工序以获得所述电解质添加剂
Figure BDA00001944971900184
对所述电解质添加剂进行核磁分析，结果如下：1HNMR(400MHz,CDCl3)：8.42（2H，d），6.99（2H，d），4.26（2H，t），3.20（6H，s），1.79（2H，m），1.15-1.22（10H，m），0.78（3H，t）。
实施例十三
为了进一步获得应用于染料敏化太阳能电池的电解质，在本发明中，将所述电解质添加剂
Figure BDA00001944971900185
按照0.5mol/L，加入到含0.05mol/L I2的γ-丁内酯（GBL）有机溶剂电解质中，获得本发明所述应用于染料敏化太阳能电池的电解质。
为了进一步表征具有本发明所述电解质添加剂的电解质的性能，在本发明中，作为列举，量取0.03ml所述电解质，并按传统方法组装染料敏化太阳能电池，并进行光电性能测试，详见表1。
实施例十四
为了进一步获得应用于染料敏化太阳能电池的电解质，在本发明中，将所述电解质添加剂
Figure BDA00001944971900191
按照0.5mol/L，加入到含0.05mol/L I2的γ-丁内酯（GBL）有机溶剂电解质中，获得本发明所述应用于染料敏化太阳能电池的电解质。
为了进一步表征具有本发明所述电解质添加剂的电解质的性能，在本发明中，作为列举，量取0.03ml所述电解质，并按传统方法组装染料敏化太阳能电池，并进行光电性能测试，详见表1。
实施例十五
为了进一步获得应用于染料敏化太阳能电池的电解质，在本发明中，将所述电解质添加剂
Figure BDA00001944971900192
按照0.5mol/L，加入到含0.05mol/L I2的γ-丁内酯（GBL）有机溶剂电解质中，获得本发明所述应用于染料敏化太阳能电池的电解质。
为了进一步表征具有本发明所述电解质添加剂的电解质的性能，在本发明中，作为列举，量取0.03ml所述电解质，并按传统方法组装染料敏化太阳能电池，并进行光电性能测试，详见表1。
实施例十六
为了进一步获得应用于染料敏化太阳能电池的电解质，在本发明中，将所述电解质添加剂
Figure BDA00001944971900201
按照0.5mol/L，加入到含0.05mol/L I2的γ-丁内酯（GBL）有机溶剂电解质中，获得本发明所述应用于染料敏化太阳能电池的电解质。
为了进一步表征具有本发明所述电解质添加剂的电解质的性能，在本发明中，作为列举，量取0.03ml所述电解质，并按传统方法组装染料敏化太阳能电池，并进行光电性能测试，详见表1。
实施例十七
为了进一步获得应用于染料敏化太阳能电池的电解质，在本发明中，将所述电解质添加剂按照0.5mol/L，加入到含0.05mol/L I2的γ-丁内酯（GBL）有机溶剂电解质中，获得本发明所述应用于染料敏化太阳能电池的电解质。
为了进一步表征具有本发明所述电解质添加剂的电解质的性能，在本发明中，作为列举，量取0.03ml所述电解质，并按传统方法组装染料敏化太阳能电池，并进行光电性能测试，详见表1。
实施例十八
作为对比实验，在本发明中，将0.5mol/L LiI，0.05mol/L I2加入到γ-丁内酯（GBL）有机溶液电解质中，量取0.03ml所述电解质，并按传统方法组装染料敏化太阳能电池，并进行光电性能测试，详见表1。
实施例十九
作为对比实验，在本发明中，将4-叔丁基吡啶（TBP）加入到0.5mol/L LiI，0.05mol/L I2和γ-丁内酯（GBL）有机溶液电解质中，量取0.03ml所述电解质，并按传统方法组装染料敏化太阳能电池，并进行光电性能测试，详见表1。
实施例二十
为了进一步获得应用于染料敏化太阳能电池的电解质，在本发明中，将所述电解质添加剂按照0.5mol/L，加入到含0.05mol/L I2，质量分数25%的聚偏氟乙烯（PVDF）的γ-丁内酯（GBL）有机溶剂电解质中，获得本发明所述应用于染料敏化太阳能电池的电解质。
为了进一步表征具有本发明所述电解质添加剂的电解质的性能，在本发明中，作为列举，量取0.03ml所述电解质，并按传统方法组装染料敏化太阳能电池，并进行光电性能测试，详见表1。
实施例二十一
为了进一步获得应用于染料敏化太阳能电池的电解质，在本发明中，将所述电解质添加剂
Figure BDA00001944971900221
按照0.5mol/L，加入到含0.1mol/L I2的1-甲基-3-丙基咪唑碘化盐（PMII）的离子液态中，获得本发明所述应用于染料敏化太阳能电池的电解质。
为了进一步表征具有本发明所述电解质添加剂的电解质的性能，在本发明中，作为列举，量取0.03ml所述电解质，并按传统方法组装染料敏化太阳能电池，并进行光电性能测试，详见表1。
实施例二十二
作为对比实验，在本发明中，将0.1mol/L I2加入到含1-甲基-3-丙基咪唑碘化盐（PMII）的离子液态中，量取0.03ml所述电解质，并按传统方法组装染料敏化太阳能电池，并进行光电性能测试，详见表1。
实施例二十三
为了进一步获得应用于染料敏化太阳能电池的电解质，在本发明中，将所述电解质添加剂
Figure BDA00001944971900222
按照0.5mol/L，加入到含0.05mol/L I2的1-甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐（EminBF4）的离子液态中，获得本发明所述应用于染料敏化太阳能电池的电解质。
为了进一步表征具有本发明所述电解质添加剂的电解质的性能，在本发明中，作为列举，量取0.03ml所述电解质，并按传统方法组装染料敏化太阳能电池，并进行光电性能测试，详见表1。
在本发明所述的各实施例中，所述染料敏化太阳能电池的光电性能测试按照传统的两电极体系，照射光源为光电压和光电流输出通过Keithley2601数字源表在相同条件下测量。测试条件：室温环境，使用太阳光模拟器（Peccell-L15，日本），光强100mW/cm2条件下，测得电池（有效面积0.16cm2）的光电性能。图1所示为具有本发明所述电解质添加剂的所述染料敏化太阳能电池的耐久性测试结果。所述耐久性测试为在所述染料敏化太阳能电池封装后，将电池放在80℃光照环境下1000h，不定期测量一次电池性能。
表1具有本发明所述电解质添加剂的染料敏化太阳能电池性能测试
  开路电压Voc（V）  短路电Jsc（mA·cm-2）   填充因子ff   光电转换效率η(%)
  实施例十三   0.74   13.83   0.67   6.80
  实施例十四   0.73   13.54   0.63   6.22
  实施例十五   0.76   12.28   0.66   6.13
  实施例十六   0.74   13.11   0.63   6.11
  实施例十七   0.73   13.53   0.61   6.05
  实施例十八   0.61   17.52   0.44   4.73
  实施例十九   0.72   15.23   0.60   6.56
  实施例二十   0.69   12.19   0.67   5.66
  实施例二十一   0.61   8.63   0.72   3.74
  实施例二十二   0.58   7.28   0.71   3.03
  实施例二十三   0.68   10.64   0.64   4.66
综上所述，本发明所述用于染料敏化太阳能电池电解质添加剂合成步骤简单、性能稳定、价格低廉，且不易挥发和泄露，不会对环境造成污染。将本发明所述的电解质添加剂加入到电解质中，并制备的染料敏化太阳能电池性能优良、稳定性高，且令染料敏化太阳能电池更加绿色环保，更加突显出这一绿色能源的独特优势。
本领域技术人员均应了解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变型。因而，如果任何修改或变型落入所附权利要求书及等同物的保护范围内时，认为本发明涵盖这些修改和变型。

Claims (10)

1.一种电解质添加剂，其特征在于，所述电解质添加剂为季铵盐离子液体添加剂，所述电解质添加剂具有如下的化学式结构：
Figure FDA00001944971800011
其中，所述R为C1~C16烷基取代基；所述
Figure FDA00001944971800012
为阴离子，Cl-、Br-、I-、BF4 -、PF6 -、CF3SO3 -、C2F5SO3 -、[N(SO2CF3)2]-、[N(SO2C2F5)2]-、[N(SO2C3F7)2]-、SCN-、N(CN)2 -、C(CN3)-、SiF6 -、B(CN)4 -、CF3COO-、C2F5COO-、NO3 -、SO4 2-、ClO4 -、PO4 -的其中之一离子。
2.如权利要求1所述的电解质添加剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
执行步骤S1：量取4-二甲氨基吡啶和相对于所述4-二甲氨基吡啶过量的卤代烷反应，其反应式为：
Figure FDA00001944971800013
执行步骤S2：待所述4-二甲氨基吡啶和所述卤代烷充分反应后依次进行洗涤、分离，以及干燥工序以获得所述电解质添加剂。
3.如权利要求2所述的电解质添加剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法进一步包括：
执行步骤S3：将所制备的电解质添加剂进一步在阴离子BF4 -、PF6 -、CF3SO3 -、C2F5SO3 -、[N(SO2CF3)2]-、[N(SO2C2F5)2]-、[N(SO2C3F7)2]-、SCN-、N(CN)2 -、C(CN3)-、SiF6 -、B(CN)4 -、CF3COO-、C2F5COO-、NO3 -、SO4 2-、ClO4 -、PO4 -其中之一的盐溶液中充分的进行阴离子交换，以获得所述的电解质添加剂。
4.如权利要求2～3任一权利要求所述的电解质添加剂的制备方法，其特征在于，所述用于洗涤工序的洗涤溶液为乙醚。
5.如权利要求2～3任一权利要求所述的电解质添加剂的制备方法，其特征在于，所述盐溶液包括但不限于钠盐、锂盐、钾盐或银盐的其中之一或其混合物。
6.一种具有如权利要求1所述电解质添加剂的电解质，其特征在于，所述电解质包括具有不同阴离子，Cl-、Br-、I-、BF4 -、PF6 -、CF3SO3 -、C2F5SO3 -、[N(SO2CF3)2]-、[N(SO2C2F5)2]-、[N(SO2C3F7)2]-、SCN-、N(CN)2 -、C(CN3)-、SiF6 -、B(CN)4 -、CF3COO-、C2F5COO-、NO3 -、SO4 2-、ClO4 -、PO4 -的其中之一离子的化合物，或者具有不同阴离子，例如Cl-、Br-、I-、BF4 -、PF6 -、CF3SO3 -、C2F5SO3 -、[N(SO2CF3)2]-、[N(SO2C2F5)2]-、[N(SO2C3F7)2]-、SCN-、N(CN)2 -、C(CN3)-、SiF6 -、B(CN)4 -、CF3COO-、C2F5COO-、NO3 -、SO4 2-、ClO4 -、PO4 -的不同离子的化合物所形成的混合物添加剂。
7.如权利要求6所述的电解质的制备方法，其特征在于，所述电解质的制备方法包括：
执行步骤S1：将所述电解质添加剂按照摩尔浓度0.1~1.0mol/L，添加到电解质中；
执行步骤S2：将所述电解质添加剂在所述电解质中溶解均匀以获得本发明所述用于染料敏化太阳能电池的电解质。
8.如权利要求7所述的电解质的制备方法，其特征在于，所述电解质为液态电解质、拟固态电解质或固态电解质的其中之一。
9.如权利要求7～8任一权利要求所述的电解质的制备方法，其特征在于，所述电解质为I2的γ-丁内酯（GBL）有机溶剂电解质、I2与聚偏氟乙烯（PVDF）的γ-丁内酯（GBL）有机溶剂电解质、I2的1-甲基-3-丙基咪唑碘化盐（PMII）的离子液态电解质、I2的1-甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐（EminBF4）的离子液态电解质的其中之一。
10.一种染料敏化太阳能电池，其特征在于，所述染料敏化太阳能电池具有如权利要求6所述的电解质。
CN2012102653003A 2012-07-28 2012-07-28 电解质添加剂、电解质及其太阳能电池 Pending CN102789902A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012102653003A CN102789902A (zh) 2012-07-28 2012-07-28 电解质添加剂、电解质及其太阳能电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012102653003A CN102789902A (zh) 2012-07-28 2012-07-28 电解质添加剂、电解质及其太阳能电池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102789902A true CN102789902A (zh) 2012-11-21

Family

ID=47155281

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2012102653003A Pending CN102789902A (zh) 2012-07-28 2012-07-28 电解质添加剂、电解质及其太阳能电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102789902A (zh)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010176930A (ja) * 2009-01-28 2010-08-12 Toyo Ink Mfg Co Ltd 電解質、電解質組成物、およびそれらの応用
CN102231329A (zh) * 2011-03-30 2011-11-02 苏州大学 一种用于染料敏化太阳能电池的添加剂

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010176930A (ja) * 2009-01-28 2010-08-12 Toyo Ink Mfg Co Ltd 電解質、電解質組成物、およびそれらの応用
CN102231329A (zh) * 2011-03-30 2011-11-02 苏州大学 一种用于染料敏化太阳能电池的添加剂

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lu et al. Multiply wrapped porphyrin dyes with a phenothiazine donor: a high efficiency of 11.7% achieved through a synergetic coadsorption and cosensitization approach
Zeng et al. Efficient dye-sensitized solar cells with an organic photosensitizer featuring orderly conjugated ethylenedioxythiophene and dithienosilole blocks
Armel et al. Ionic liquid electrolyte porphyrin dye sensitised solar cells
Denizalti et al. Dye-sensitized solar cells using ionic liquids as redox mediator
Li et al. Novel pyrrole-based dyes for dye-sensitized solar cells: from rod-shape to “H” type
Song et al. Porphyrin sensitizers with modified indoline donors for dye-sensitized solar cells
Balamurugan et al. Novel cobalt redox materials admitted in natrosol polymer with a thiophene based additive as a gel polymer electrolyte to tune up the efficiency of dye sensitized solar cells
Song et al. Branched and linear alkoxy chains-wrapped push-pull porphyrins for developing efficient dye-sensitized solar cells
Lee et al. Trialkylsulfonium and tetraalkylammonium cations-based ionic liquid electrolytes for quasi-solid-state dye-sensitized solar cells
Yu et al. Incompletely solvated ionic liquid mixtures as electrolyte solvents for highly stable dye-sensitized solar cells
Lee et al. A high temperature stable electrolyte system for dye-sensitized solar cells
Liu et al. Tuning band structures of dyes for dye-sensitized solar cells: Effect of different π-bridges on the performance of cells
Chen et al. An efficient binary ionic liquid based quasi solid-state electrolyte for dye-sensitized solar cells
CN103413682B (zh) 一种基于双咪唑型离子晶体的太阳能电池用准固态电解质
Sonigara et al. Augmentation in photocurrent through organic ionic plastic crystals as an efficient redox mediator for solid-state mesoscopic photovoltaic devices
Murakami et al. Porphyrin-dye sensitized solar cell utilizing nitroxide radical mediator
EP3657521B1 (en) Dye-sensitized photoelectric conversion element
CN102231329B (zh) 一种用于染料敏化太阳能电池的添加剂
CN102789902A (zh) 电解质添加剂、电解质及其太阳能电池
CN100570900C (zh) 用于染料敏化太阳能电池的磷酸酯类电解质溶剂及其用途
CN102222571B (zh) 用于染料敏化太阳能电池的添加剂
CN102643558A (zh) N-羧甲基吡啶内盐有机染料及其制备和应用
Liu et al. An alternative electrolyte based on acetylacetone–pyridine–iodine for dye-sensitized solar cells
JP2013016360A (ja) 光電変換素子
CN102633927B (zh) 一种离子液体改性的聚炔及其制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C05 Deemed withdrawal (patent law before 1993)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20121121