CN105405667A - 一种基于离子晶体的染料敏化太阳能电池用固态电解质 - Google Patents

Abstract

本发明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，包括以下组分：离子晶体70～80wt％；碘单质5～15wt％；甲基苯并咪唑5～15wt％；所述的离子晶体的化学结构式为：式中：s为1～12的整数，q为0～5的整数；它还包括以下质量分数的组分：1～5wt％CuAl₂O₄。不仅在离子晶体中引入氰基联苯基团，这样可以增加光散射现象；而且通过在电解质中添加CuAl₂O₄，能够形成空穴传输结构，这样能够与离子晶体引入而产生的光散射进行结合，提高电池性能和光电转换效率。

Description

一种基于离子晶体的染料敏化太阳能电池用固态电解质

技术领域

本发明属于染料敏化太阳能电池领域，具体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

电解质作为染料敏化太阳能电池的核心部件，主要起传输氧化还原对的作用，其性能的优劣直接影响太阳能电池效率。

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。其中液态电解质多含有乙腈、甲氧基丙腈等有机溶剂，存在易泄漏、易挥发、难封装、高毒性、稳定性差等缺点；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，也存在易泄漏、难封装的问题，长时间使用存在渗漏问题，会造成电池稳定性能的下降，这对电池的实际应用产生决定性作用，对环境产生负面影响。因此，具有高效率和高稳定性的固态电解质对于染料敏化太阳能电池的商业化应用意义重大，引起人们的广泛兴趣。

公开号为CN102592832A的中国发明专利公开了一种用于太阳能电池的固态电解质，它包括非聚合型离子液体、离子晶体、碘单质。虽然利用该固态电解质制备的染料敏化太阳能电池的最高光电转化效率为5.7％，但是由于非聚合型离子液体含量高达50wt％～89wt％，而且选用的具有很强吸水性的碘化咪唑盐，在长期使用过程中难免会吸附空气中的水分、出现渗漏，影响染料敏化太阳能电池的性能。

发明内容

本发明的目的是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，克服了一般电解质的渗漏问题，并改善了光电转化效率。

为解决以上技术问题，本发明采取的一种技术方案是：一种基于离子晶体的染料敏化太阳能电池用固态电解质，包括以下组分：

离子晶体70～80wt％；

碘单质5～15wt％；

甲基苯并咪唑5～15wt％；

所述的离子晶体的化学结构式为：式中：s为1～12的整数，q为0～5的整数；

它还包括以下质量分数的组分：

CuAl₂O₄1～5wt％。

优化地，它还包括以下质量分数的组分：

CuI1～5wt％。

进一步地，它包括以下质量分数的组分：

其中，所述离子晶体的化学结构式为：式中：s为1～6的整数，q为0～3的整数。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明基于离子晶体的染料敏化太阳能电池用固态电解质，不仅在离子晶体中引入氰基联苯基团，这样可以增加光散射现象；而且通过在电解质中添加CuAl₂O₄，能够形成空穴传输结构，这样能够与离子晶体引入而产生的光散射进行结合，提高电池性能和光电转换效率。

具体实施方式

实施例1-5

实施例1-5的基于离子晶体的染料敏化太阳能电池用固态电解质的组成配比如表1所示。

表1实施例1-5的基于离子晶体的染料敏化太阳能电池用固态电解质组成及配比

比较实施例1

本例提供一种固态电解质，其组分与实施例1中的基本相同，不同的是：其中不含有CuAl₂O₄和CuI。

比较实施例2

本例提供一种固态电解质，其组分与实施例1中的基本相同，不同的是：其中不含有CuI。

试验例1

将实施例1-5、对比例1和2中的固态电解质用于制作染料敏化太阳能电池，包括以下步骤：用超声波将FTO导电玻璃清洗干净，将其浸入在70℃40mMTiCl₄水溶液中保持30min，从而在FTO导电玻璃表面形成一层致密的TiO₂膜，随后取出FTO导电玻璃用乙醇冲洗后自然晾干；用刮涂技术，分别将P25浆料、P400浆料涂于TiO₂膜上再形成厚度分别为8μm和3μm的TiO₂涂层，加热至500℃煅烧，待FTO导电玻璃自然冷却到80℃时，浸入染料Z907溶液中12h，取出作为光阳极；用H₂PtCl₆溶液在另一块FTO导电玻璃涂一薄层做为对电极；通过热塑膜将光阳极和对电极封在一起，向对电极上预留的小孔内滴加数滴甲醇稀释后的固态电解质溶液，利用真空填充技术将该溶液浸润到光阳极上，同时加热至60～80℃除去甲醇，封住小孔即可。

在25℃下，使用氙灯模拟太阳光，光强100mW/cm²条件下，对所制备的染料敏化太阳能电池进行光电测试(有效面积0.16cm²)，结果见表2。

表2利用实施例1-5固态电解质制备的染料敏化太阳能电池测试结果

注：测试条件：室温环境，使用氙灯模拟太阳光，光强100mW/cm²条件下，测得电池(有效面积0.16cm²)。

其中，表示当电池具有最大输出功率(P_max)时，对应的电流和电压的乘积与短路电流和开路电压乘积的比值。光电转化效率计算采用如下公式： $\mathrm{\η}=\frac{{\{V\×J\}}_{max}}{P_{in}}\×100\%=\frac{V_{oc}\×J_{sc}\×FF}{P_{in}}\×100\%.$

同时对用比较实施例1、2中电解质制备的染料敏化太阳能电池的稳定性进行对比，结果表明，利用实施例4、实施例5中电解质制备的染料敏化太阳能电池初始光电转换效率具有较高的光电转化效率。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于离子晶体的染料敏化太阳能电池用固态电解质，包括以下组分：

离子晶体70～80wt％；

碘单质5～15wt％；

甲基苯并咪唑5～15wt％；

所述的离子晶体的化学结构式为：式中：s为1～12的整数，q为0～5的整数；

其特征在于，它还包括以下质量分数的组分：

CuAl₂O₄1～5wt％。

2.根据权利要求1所述的基于离子晶体的染料敏化太阳能电池用固态电解质，其特征在于，它还包括以下质量分数的组分：

CuI1～5wt％。

3.根据权利要求2所述的基于离子晶体的染料敏化太阳能电池用固态电解质，其特征在于，它包括以下质量分数的组分：

其中，所述离子晶体的化学结构式为：式中：s为1～6的整数，q为0～3的整数。