CN110867324B - 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 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
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。
优选的，所述非最高价态的金属离子中的金属选自Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Pt、Ru、Os、Re和Ti中的一种或多种，所述配体选自邻菲罗啉、联吡啶类配体、卟啉和酞菁中的一种或多种，所述多酸阴离子选自同多酸阴离子或杂多酸阴离子，所述同多酸阴离子选自钼多酸离子、钨多酸离子、纯钛氧簇离子、锗氧簇离子、铟氧簇离子和钒族多酸离子中的一种或多种，所述杂多酸阴离子选自磷钼酸离子、磷钨酸离子和金属掺杂的金属氧簇离子。
优选的，所述非最高价态的金属离子形成的金属盐选自铁、钴和镍金属的二价盐，所述配体选自邻菲啰啉，所述阴离子是由可变价的钒、钼或钨的含氧多酸阴离子组成。
优选的，所述离子化合物选自代号为Ni-V14、Fe-W6或Fe-PW12的离子化合物；
所述Ni-V14离子化合物中所述非最高价态的金属离子形成的金属盐选自二价铁的氯化盐，所述配体选自邻菲罗啉，所述阴离子选自三异丙醇氧钒；
所述Fe-W6离子化合物中所述非最高价态的金属离子形成的金属盐选自二价镍的氯化盐，所述配体选自邻菲罗啉，所述阴离子选自四丁基铵六钨酸盐；
所述Fe-PW12离子化合物中所述非最高价态的金属离子形成的金属盐选自二价镍的氯化盐，所述配体选自邻菲罗啉，所述阴离子选自磷钨酸水合物。
优选的，所述Ni-V14离子化合物的X-射线粉末衍射图在2θ±0.2°位置有衍射峰，所述2θ为6.68°，7.04°，9.72°，11.16°；
所述Fe-W6离子化合物的X-射线粉末衍射图在2θ±0.2°位置有衍射峰，所述2θ为6.52°，6.82°，7.74°，8.92°，9.34°，9.94°；
所述Fe-PW12离子化合物的X-射线粉末衍射图在2θ±0.2°位置有衍射峰，所述2θ为8.1°，8.66°，9.4°，10.9°，11.24°，11.42°，12.48°。
本发明一种上述全液态电池用离子化合物的制备方法，包括以下步骤：
将非最高价态的金属离子的盐与配体混合，进行反应，得到金属与配体形成的配位阳离子；
将所述配位阳离子与多酸阴离子前驱体混合，进行加热反应，得到全液态电池用离子化合物。
本发明还提供了一种全液态太阳能电池，包括：对电极、工作电极和半导体溶液，所述半导体溶液包括电解质和离子液体，所述电解质选自上述全液态太阳能电池用离子化合物。
优选的，所述离子液体由阴离子和阳离子构成：
所述阳离子选自如下结构的阳离子中的一种：
所述阴离子选自N(CF3SO2)2 -、NTf2 -、BF4 -、PF6 -、Cl-、Br-、ClO4 -、SO4 2-、CH3COO-、HSO4 -、N(CF3CF2SO2)2 -中的一种。
优选的，所述对电极选自铝片，所述工作电极选自ITO导电玻璃。
优选的，所述全液态太阳能电池为纵向结构的全液态太阳能电池，所述对电极和工作电极相对设置，并竖直插入所述半导体溶液中，使对电极和工作电极一部分在半导体溶液中，一部分在半导体溶液外；
所述全液态太阳能电池为横向结构的全液态太阳能电池，所述对电极和工作电极相对设置，所述对电极一部分平放于半导体溶液底部，另一部分延伸至半导体溶液之外；所述工作电极与所述对电极平行，并设置于所述半导体溶液的表面，其中，所述工作电极的上表面接触保护性气氛，所述工作电极的下表面接触半导体溶液，所述工作电极边缘以及上表面涂覆银胶，并在上表面的银胶上固定收集电流的导线，所述保护性气氛选自氮气或惰性气体。
与现有技术相比，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，所使用的离子液体不需要考虑I-在DSC中不可或缺这一因素，因而拓宽了离子液体电解质的适用范围，即可以不使用含碘盐类的离子液体。
附图说明
图1为具有式I所示结构的化合物的球棍模型图；
图2为具有式II所示结构的化合物的球棍模型图；
图3为具有式III所示结构的化合物的球棍模型图；
图4为本发明提供的纵向结构的全液态太阳能电池的结构示意图；
图5为本发明提供的横向结构的全液态太阳能电池的结构示意图；
图6为实施例1合成得到的产物XRD与单晶数据模拟得到的XRD对比图；
图7为实施例2合成得到的产物XRD与单晶数据模拟得到的XRD对比图；
图8为实施例3合成得到的产物XRD与单晶数据模拟得到的XRD对比图。
具体实施方式
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。
本发明提供的全液态太阳能电池用离子化合物用作全液体太阳能电池的半导体溶液中的电解质。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。
在本发明中，所述非最高价态的金属离子中的金属选自Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Pt、Ru、Os、Re和Ti中的一种或多种，在本发明的一些具体实施方式中，所述非最高价态的金属离子选自铁、钴和镍金属的二价盐。
所述与金属离子配位的配体选自邻菲罗啉、联吡啶类配体、卟啉和酞菁中的一种或多种，所述连吡啶类配体选自二联吡啶或多联吡啶，在本发明的一些具体实施方式中，所述配体选自邻菲啰啉。
在本发明的一些具体实施例中，所述非最高价态的金属离子选自铁、钴和镍金属的二价盐，所述配体选自邻菲罗啉，形成一个金属与氮原子六配位的螯合物。
所述阴离子选自多酸阴离子，所述多酸阴离子选自同多酸阴离子或杂多酸阴离子，所述同多酸阴离子选自钼多酸离子、钨多酸离子、纯钛氧簇离子、锗氧簇离子、铟氧簇离子和钒族多酸离子中的一种或多种，所述杂多酸阴离子选自磷钼酸离子、磷钨酸离子和金属掺杂的金属氧簇离子。
在本发明的一些具体实施方式中，所述离子化合物选自具有式I～式III所示结构的化合物中的一种或多种：
参见图1，图1为具有式I所示结构的化合物的球棍模型图。所述具有式I所示结构的化合物将其简称为Ni-V14，化合物Ni-V14的晶体学数据参见表1，表1为化合物Ni-V14的晶体学数据。
表1化合物Ni-V14的晶体学数据
所述具有式I所示结构的化合物的X-射线粉末衍射图在2θ±0.2°位置有衍射峰，所述2θ主要为6.68°，7.04°，9.72°，11.16°。
参见图2，图2为具有式II所示结构的化合物的球棍模型图。所述具有式II所示结构的化合物将其简称为Fe-W6，化合物Fe-W6的晶体学数据参见表2，表2为化合物Fe-W6的晶体学数据。
表2化合物Fe-W6的晶体学数据
所述具有式II所示结构的化合物的X-射线粉末衍射图在2θ±0.2°位置有衍射峰，所述2θ主要为6.52°，6.82°，7.74°，8.92°，9.34°，9.94°。
参见图3，图3为具有式II所示结构的化合物的球棍模型图。所述具有式III所示结构的化合物将其简称为Fe-PW12，化合物Fe-PW12的晶体学数据参见表3，表3为化合物Fe-PW12的晶体学数据。
表3化合物Fe-PW12的晶体学数据
所述具有式III所示结构的化合物的X-射线粉末衍射图在2θ±0.2°位置有衍射峰，所述2θ主要为8.1°，8.66°，9.4°，10.9°，11.24°，11.42°，12.48°。
本发明提供的离子化合物在离子液体中有良好的溶解性，室温下溶解度最高可达40mg/mL的溶解量。
本发明以溶剂热的方法合成全液态电池用离子化合物，
包括以下步骤：
将非最高价态的金属离子的盐与配体混合，进行反应，得到金属与配体形成的配位阳离子；
所述非最高价态的金属离子的盐优选为非最高价态的金属离子的氯化盐。所述反应在室温条件下进行，在本发明中，将所述室温定义为25±5℃。
接着，将所述配位阳离子与多酸阴离子前驱体混合，进行加热反应，得到全液态电池用离子化合物。
其中，所述多酸阴离子前驱体为经过反应后能够得到多酸阴离子的物质，优选为三异丙氧基氧化钒、磷钨酸水合物或四丁基铵六钨酸盐。所述加热反应为在120℃的烘箱中加热反应24小时。反应结束后，得到全液态电池用离子化合物的晶体。
本发明还提供了一种全液态太阳能电池，包括：对电极、工作电极和半导体溶液，所述半导体溶液包括电解质和离子液体，所述电解质选自上述全液态太阳能电池用离子化合物。
在本发明中，需要使用低熔点的(即常温下为液态)几乎无色透明的，电化学窗口较宽的离子液体，同种离子化合物在不同离子液体中的溶解度有差异，可能会导致性能表现有所差异。本发明所述离子液体由阴离子和阳离子构成：
所述阳离子选自如下结构的阳离子中的一种：
所述阴离子选自N(CF3SO2)2 -、NTf2 -、BF4 -、PF6 -、Cl-、Br-、ClO4 -、SO4 2-、CH3COO-、HSO4 -、N(CF3CF2SO2)2 -中的一种。
在本发明的一些具体实施方式中，所述离子液体选自N-丁基吡啶四氟硼酸盐。
在本发明中，所述半导体溶液中电解质的浓度为40mg/mL。
所述半导体溶液的制备方法为：
将离子化合物与离子液体混合，在80℃的油浴加热条件下搅拌抽真空处理12h，至粉末完全溶解形成澄清的溶液。抽真空是为了除去离子液体中溶解的水及二氧化碳等。
在本发明的一些具体实施方式中，所述对电极选自铝片，所述工作电极选自ITO导电玻璃。
本发明提供了两种形式的全液态太阳能电池，一种为纵向结构的太阳能电池，一种为横向结构的太阳能电池。
其中，所述全液态太阳能电池为纵向结构的全液态太阳能电池，所述对电极和工作电极相对设置，并竖直插入所述半导体溶液中，使对电极和工作电极一部分在半导体溶液中，一部分在半导体溶液外。
当所述全液态太阳能电池为纵向结构时，参见图4，图4为本发明提供的纵向结构的全液态太阳能电池的结构示意图。所述对电极和工作电极为片状结构，通过控制溶液的高度来控制电极的有效面积，从而来计算光电转换效率。
当所述全液态太阳能电池为横向结构时，参见图5，图5为本发明提供的横向结构的全液态太阳能电池的结构示意图。所述对电极一部分平放于半导体溶液底部，另一部分延伸至半导体溶液之外；所述工作电极与所述对电极平放于半导体溶液底部的部分相对设置且平行，所述工作电极设置于所述半导体溶液的表面，其中，所述工作电极的上表面接触保护性气氛，所述工作电极的下表面接触半导体溶液，所述工作电极边缘以及上表面涂覆银胶，并在上表面的银胶上固定收集电流的导线，所述保护性气氛选自氮气或惰性气体。所述导线优选为铜丝。本发明采用硅胶板将所述工作电极与所述对电极固定。
在图5中展示的是工作测试状态下的横向结构的太阳能电池，在对电极与工作电极之间(0.5mm)形成的缝隙中填满溶液，暴露在AM1.5的模拟太阳光下，光密度为100mW/cm2。曝光的工作电极基底通过银胶连接的铜丝接到外电路的工作电极上，浸泡在溶液中对电极通过延伸出来的铝条则连接到对电极上，使用电化学工作站进行电流-电压测试整个结构的光电性能。
本发明将整个电池框架浸入含有化合物的离子液体溶液中，使得两块电极之间的缝隙中填满溶液。使用油浴来对体系进行控温，以测试电池在不同温度条件下的光电转换效率。具体方法为：将盛有离子液体溶液的容器置于一个可以密封的光反应器中，同时所述反应器浸泡在油浴中，所述反应器上方是透光率良好的石英玻璃，保证光源发出的光可以透过去照射到半导体溶液。
本发明提供的全液态太阳能电池稳定的最高温度可以达到120℃。使用带有AM1.5滤光片的氙灯作为模拟太阳光的光源来进行性能表征，光密度控制在100mW/cm2。
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。
与传统的染料敏化太阳能电池相比较，本发明提供的全液态太阳能电池实现了简单的在全溶液中插入导电玻璃和铝片作为电极的太阳能电池结构，并且实现了离子溶液中仅溶解一种离子化合物就可以实现整个光电转换过程，并且有较为良好的性能。此种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。另外，使用的离子液体不需要考虑I-在DSC中不可或缺这一因素，因而拓宽了离子液体电解质的适用范围，即可以不使用含碘盐类的离子液体。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的碳纤维复合号筒及其制备方法以及号筒扬声器进行说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
配体邻菲啰啉(35.74mg,0.1803mmol)与氯化镍六水合物(0.1803mmol)以物质的量3:1的比例混合与4mL甲醇溶剂中，加热搅拌以促进反应形成金属与邻菲啰啉的六配位阳离子，再与阴离子前驱体三异丙氧基氧化钒(200uL,0.84134mmol)及1mLDMF混合后置于25mL的反应釜中于120℃的烘箱中加热反应24小时。反应结束后可以得到深绿色的块状晶体(Ni-V14)，对晶体进行粉末X射线衍射，紫外，热重等基本测试分析。结果见图6，图6为实施例1合成得到的产物XRD与单晶数据模拟得到的XRD对比图。由图6可知，实施例1合成反应得到的确实是Ni-V14。化合物Ni-V14的晶体学数据参见上文的表1。
实施例2
首先进行阴离子前驱体的合成：二水合钨酸钠(3.3g)，乙酸酐4mL，DMF 3mL混合后在100℃的条件下加热搅拌三个小时，随后在搅拌的条件下加入5mLDMF(含2mL乙酸酐，1.8mL浓度为12mol/L浓盐酸)，趁热过滤除去白色固体，得到浅黄色的澄清溶液，冷却至室温后加入含有1.5g四丁基溴化铵的5mL甲醇溶液，搅拌五分钟后抽滤，用20mL乙醇，50mL乙醚洗涤滤饼后自然干燥后得到白色粉末。这些白色粉末样品需要在DMSO中进行重结晶得到无色晶体[(n-C4H9)4N]2[W6O19]。
四水合氯化亚铁(19.9mg)与配体邻菲啰啉以物质的量3:1的比例混合与1mL甲醇，4mLDMF溶剂中，加热搅拌以促进反应形成金属与邻菲啰啉的六配位阳离子，再加入一定量上一步合成中得到的[(n-C4H9)4N]2[W6O19](189.2mg)混合后置于25mL的反应釜中于120℃的烘箱中加热反应24小时。反应结束后得到红色的块状晶体(Fe-W6)。
对晶体进行粉末X射线衍射，紫外，热重等基本测试分析。结果见图7，图7为实施例2合成得到的产物XRD与单晶数据模拟得到的XRD对比图。由图7可知，实施例2合成反应得到的确实是Fe-W6。化合物Fe-W6的晶体学数据参见上文的表2。
实施例3
四水合氯化亚铁(19.9mg)与配体邻菲啰啉以物质的量3:1的比例混合与1mL甲醇，4mLDMF溶剂中，加热搅拌以促进反应形成金属与邻菲啰啉的六配位阳离子，再加入一定量的磷钨酸(95.1mg)混合后置于25mL的反应釜中于120℃的烘箱中加热反应24小时。反应结束后得到红色的块状晶体(Fe-PW12)。
对晶体进行粉末X射线衍射，紫外，热重等基本测试分析。结果见图8，图8为实施例3合成得到的产物XRD与单晶数据模拟得到的XRD对比图。由图8可知，实施例3合成反应得到的确实是Fe-PW12。化合物Fe-PW12的晶体学数据参见上文的表3。
实施例4
将实施例1制备的Ni-V14粉末加热溶于相应量的N-丁基吡啶四氟硼酸盐中，配置得到的溶液浓度为40mg/mL，抽真空除去可溶性气体，水等杂质，制备成澄清的绿色溶液.
将竖直电池的框架结构(工作电极为ITO导电玻璃，对电极为铝片)浸于溶液中，溶液没过电极5mm，两电极间填满溶液且无气泡。整个装置置于N2氛围下，曝光于AM1.5的模拟太阳光下，光密度控制在100mW/cm2。导电玻璃通过铜丝银胶与外电路的工作电极相连，背光面的导电区域通过延伸铝片的方法与外电路的对电极相连。使用电流-电压线性扫描的方法用电化学工作站对性能进行表征。测试条件为电压扫描方向是从+1.4V往-0.1V的方向扫描，扫描速率为10mV/s，电压步长为1mV，测试电池在不同温度条件下的性能。测试不同温度下有效面积同为1cm2以及不同有效面积下同样处于80℃的电池，都有较为明显的光伏效应，而且随着有效面积的增大，相应的短路电流绝对值也有所增大。具体参见表4和表5。
表4不同有效面积下处于80℃的电池的性能数据
表5不同温度下有效面积同为1cm2的电池的性能数据
实施例5
半导体溶液的配置：
适量的Ni-V14粉末加热溶于相应量的N-丁基吡啶四氟硼酸盐中(配置得到的溶液浓度为40mg/mL，抽真空除去可溶性气体，水等杂质，制备成澄清的绿色溶液。
将横放的大面积(实际有效面积约为18cm2)电池的框架结构(工作电极为ITO导电玻璃，对电极为铝片，对电极一部分平放于半导体溶液底部，另一部分延伸至半导体溶液之外；所述工作电极与所述对电极平放于半导体溶液底部的部分相对设置且平行，所述工作电极设置于所述半导体溶液的表面，其中，所述工作电极的上表面接触氮气，所述工作电极的下表面接触半导体溶液，所述工作电极边缘以及上表面涂覆银胶，并在上表面的银胶上固定收集电流的铜丝)浸于半导体溶液中，溶液没过两个电极之间的缝隙至导电玻璃的导电面，缝隙间填满溶液且无气泡。整个装置置于N2氛围下，曝光于AM1.5的模拟太阳光下，光密度控制在100mW/cm2。光照面的导电区域通过铜丝银胶与外电路的工作电极相连，背光面的导电区域通过延伸铝片的方法与外电路的对电极相连。使用电流-电压线性扫描的方法用电化学工作站对性能进行表征。测试条件为电压扫描方向是从+1.4V往-0.1V的方向扫描，扫描速率为10mV/s，电压步长为1mV，整个测试过程条件在室温下进行。
得到的结果为：短路电流1.037mA，开路电压1.083V，FF：34.23％，光电转换效率为0.0214％。从这个结果来看，对于横放的电池结构来说，单纯的扩大电极面积会使得短路电流绝对值增大，但是单位面积的效率反而会减小。
在电池连接蜂鸣器的情况下测试了光照后开路电压随着时间的变化关系，在达到0.5V即蜂鸣器的工作电压时测试电压值会出现波动，蜂鸣器开始发出断断续续的声响，一段时间之后声音开始连续，达到电压峰值0.8V后关闭光源，电压会下降，当下降至0.5V左右时蜂鸣器的声音又会变得断断续续，直至消失。
实施例6
半导体溶液的配置：
适量的Fe-W6粉末加热溶于相应量的N-丁基吡啶四氟硼酸盐中(配置得到的溶液浓度为32mg/mL，抽真空除去可溶性气体，水等杂质，制备成澄清的红色溶液。
将竖直电池的框架结构(工作电极为ITO导电玻璃，对电极为铝片)浸于上述溶液中，溶液没过电极5mm，两电极间填满溶液且无气泡。整个装置置于N2氛围下，曝光于AM1.5的模拟太阳光下，光密度控制在100mW/cm2。测试方法按照实施例4中进行，测试结果为：短路电流0.08625mA，开路电压1.158V，FF：38.38％，光电转换效率为0.03833％。
实施例7
半导体溶液的配置：
适量的Fe-PW12粉末加热溶于相应量的N-丁基吡啶四氟硼酸盐中(配置得到的溶液浓度为13.33mg/mL，抽真空除去可溶性气体，水等杂质，制备成澄清的红色溶液。
将竖直电池的框架结构(工作电极为ITO导电玻璃，对电极为铝片)浸于上述溶液中，溶液没过电极5mm，两电极间填满溶液且无气泡。整个装置置于N2氛围下，曝光于AM1.5的模拟太阳光下，光密度控制在100mW/cm2。测试方法按照实施例4中进行，测试结果为：短路电流0.08942mA，开路电压1.121V，FF：20.73％，光电转换效率为0.02078％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种全液态太阳能电池，其特征在于，包括：对电极、工作电极和半导体溶液，所述半导体溶液包括电解质和离子液体，所述电解质选自全液态太阳能电池用离子化合物，所述全液态太阳能电池用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；
所述对电极选自铝片，所述工作电极选自ITO导电玻璃。
2.根据权利要求1所述的全液态太阳能电池，其特征在于，所述非最高价态的金属离子中的金属选自Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Pt、Ru、Os、Re和Ti中的一种或多种，所述配体选自邻菲罗啉、联吡啶类配体、卟啉和酞菁中的一种或多种，所述多酸阴离子选自同多酸阴离子或杂多酸阴离子，所述同多酸阴离子选自钼多酸离子、钨多酸离子、纯钛氧簇离子、锗氧簇离子、铟氧簇离子和钒族多酸离子中的一种或多种，所述杂多酸阴离子选自磷钼酸离子、磷钨酸离子和金属掺杂的金属氧簇离子。
3.根据权利要求1所述的全液态太阳能电池，其特征在于，所述非最高价态的金属离子形成的金属盐选自铁、钴和镍金属的二价盐，所述配体选自邻菲啰啉，所述阴离子是由可变价的钒、钼或钨的含氧多酸阴离子组成。
4.根据权利要求3所述的全液态太阳能电池，其特征在于，所述离子化合物选自代号为Ni-V14、Fe-W6或Fe-PW12的离子化合物；
所述Ni-V14离子化合物中所述非最高价态的金属离子形成的金属盐选自二价镍的氯化盐，所述配体选自邻菲罗啉，所述阴离子选自三异丙醇氧钒；
所述Fe-W6离子化合物中所述非最高价态的金属离子形成的金属盐选自二价铁的氯化盐，所述配体选自邻菲罗啉，所述阴离子选自四丁基铵六钨酸盐；
所述Fe-PW12离子化合物中所述非最高价态的金属离子形成的金属盐选自二价铁的氯化盐，所述配体选自邻菲罗啉，所述阴离子选自磷钨酸水合物。
5.根据权利要求4所述的全液态太阳能电池，其特征在于，所述Ni-V14离子化合物的X-射线粉末衍射图在2θ±0.2°位置有衍射峰，所述2θ为6.68°，7.04°，9.72°，11.16°；
所述Fe-W6离子化合物的X-射线粉末衍射图在2θ±0.2°位置有衍射峰，所述2θ为6.52°，6.82°，7.74°，8.92°，9.34°，9.94°；
所述Fe-PW12离子化合物的X-射线粉末衍射图在2θ±0.2°位置有衍射峰，所述2θ为8.1°，8.66°，9.4°，10.9°，11.24°，11.42°，12.48°。
6.根据权利要求1所述的全液态太阳能电池，其特征在于，所述全液态电池用离子化合物的制备方法包括以下步骤：
将非最高价态的金属离子的盐与配体混合，进行反应，得到金属与配体形成的配位阳离子；
将所述配位阳离子与多酸阴离子前驱体混合，进行加热反应，得到全液态电池用离子化合物。
7.根据权利要求1所述的全液态太阳能电池，其特征在于，所述离子液体选自N-丁基吡啶四氟硼酸盐。
8.根据权利要求1所述的全液态太阳能电池，其特征在于，所述全液态太阳能电池为纵向结构的全液态太阳能电池，所述对电极和工作电极相对设置，并竖直插入所述半导体溶液中，使对电极和工作电极一部分在半导体溶液中，一部分在半导体溶液外；
或者，所述全液态太阳能电池为横向结构的全液态太阳能电池，所述对电极和工作电极相对设置，所述对电极一部分平放于半导体溶液底部，另一部分延伸至半导体溶液之外；所述工作电极与所述对电极平行，并设置于所述半导体溶液的表面，其中，所述工作电极的上表面接触保护性气氛，所述工作电极的下表面接触半导体溶液，所述工作电极边缘以及上表面涂覆银胶，并在上表面的银胶上固定收集电流的导线，所述保护性气氛选自氮气或惰性气体。
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| CN102257669A (zh) * | 2008-11-12 | 2011-11-23 | 宇部兴产株式会社 | 包括经双核金属络合物染料敏化的半导体颗粒以及主要由离子液体组成的电解质溶液的光化学电池 |
| WO2013148996A1 (en) * | 2012-03-28 | 2013-10-03 | Emory University | Photocatlytic polyoxometalate compositions of tungstovanadates and uses as water oxidation catalysts |
| CN104610192A (zh) * | 2014-12-26 | 2015-05-13 | 哈尔滨工业大学 | 基于多金属氧酸盐离子的室温离子液体及其制备方法 |
| CN105131021A (zh) * | 2015-09-02 | 2015-12-09 | 东北师范大学 | 一种染料敏化太阳能电池多酸共敏化剂及制备方法 |
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| "Porphyrin polyoxometalate hybrids connected via a Tris-alkoxo linker for the generation of photocurrent";Iftikhar Ahmed等;《Electrochimica Acta》;20130216;第726-734页 * |
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