CN111480210A - 电解质组合物及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明提供包含碘(A)、除有机盐以外的硫化合物(B)、以及碱性氮化合物(C)的电解质组合物。该电解质组合物在光程长度1cm、波长400nm下的透光率可以为30%以上。上述硫化合物(B)可以是选自硫醇类、硫醚类及二硫醚类中的至少1种(特别是直链状或支链状C4‑18烷基硫醇等具有链状或环状烷烃骨架的硫醇类)。上述碱性氮化合物(C)可以是胺类(特别是吡啶类)。上述硫化合物(B)的比例相对于上述碱性氮化合物(C)可以为0.1~2倍摩尔左右。上述电解质组合物还可以包含碘化物盐(D)。上述电解质组合物可以是色素增敏太阳能电池的电解液。上述电解质组合物可以简便地制备,尽管包含碘,透明性也高,着色也得到了抑制。
Description
技术领域
本发明涉及可以用于色素增敏太阳能电池的电解液等的电解质组合物及其用途。
背景技术
太阳能电池作为环境负担小的清洁能源而备受瞩目,虽然已经实际上实用化,但存在对室内等的微弱光的转换效率小等的课题。因此,正在积极进行通过对光电转换元件主体本身加以改良来提高光电转换效率的开发,另一方面,也在进行通过改良电解液来提高光电转换效率的开发。
在日本特开2009-76369号公报(专利文献1)中,作为能够提高电动势、最大输出功率及再循环特性的色素增敏太阳能电池,公开了一种具备包含硝酰自由基化合物的电解质层的色素增敏太阳能电池。该文献也记载了,为了抑制电解质中包含的卤离子的渗出所导致的腐蚀,可以构建不含碘等卤离子的新型的色素增敏太阳能电池系统。在实施例中,作为电解质溶液(电解液),制备了在包含作为氧化还原介体的硝酰基化合物、四丁基高氯酸铵及甲氧基丙腈的电解液、I-/I3 -电解液中添加硝酰基化合物而成的电解液。
但是,在该电解质层中包含碘的情况下,会因着色而导致透明性降低,光电转换效率降低。
在日本特开2012-195280号公报(专利文献2)中,作为能够提高耐久性的色素增敏太阳能电池等的光电转换元件,公开了具备电解质层的光电转换元件,所述电解质层包含分子量为59.04g/摩尔以上的具有阴离子的盐及6.04≤pKa≤7.3的添加剂。在实施例中,在包含碘的电解液中配合胍三氟磺酸盐(GuOTf)等作为上述具有阴离子的盐,并进一步配合2-氨基吡啶、4-甲氧基吡啶、4-乙基吡啶、N-甲基咪唑、二甲基吡啶等作为6.04≤pKa≤7.3的添加剂,从而制备了电解液。
但是,该电解质层也会因着色而导致透明性降低,光电转换效率降低。
在WO2006/123785(专利文献3)中,作为不会引起经时的光电转换效率降低、且碘导致的显色得到了抑制的色素增敏太阳能电池的电解质组合物,公开了一种包含介质、和相对于该介质为难溶性且平均粒径为20μm以下的碘-环糊精包合物的电解质组合物。在实施例中,制备了包含上述包合物、碘化锂、4-叔丁基吡啶、碘化1-丙基-2,3-二甲基咪唑、以及3-甲氧基丙腈的电解质组合物。
但是,在该电解质组合物中,不仅环糊精是必要的,而且需要预先合成碘-环糊精包合物、并控制相对于介质难溶的包合物的粒径,操作性、生产性差。另外,由于碘-环糊精包合物相对于介质是难溶性的,导致添加量受限,因此无法确保足够的碘浓度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2009-76369号公报(权利要求1、第[0009]段、实施例)
专利文献2:日本特开2012-195280号公报(权利要求1及3、实施例)
专利文献3:WO2006/123785(权利要求1、第[0008]段、实施例)
发明内容
发明要解决的课题
因此,本发明的目的在于提供能够简便地制备、尽管包含碘也具有高透明性、且着色也得到了抑制的电解质组合物及其用途。
本发明的其它目的在于提供能够作为电解液而增大短路电流的电解质组合物及其用途。
本发明的另一目的在于提供能够作为色素增敏太阳能电池的电解液而提高输出特性的电解质组合物及其用途。
解决课题的方法
本发明人为了解决上述课题进行了深入研究,结果发现,包含碘、特定的硫化合物及碱性氮化合物的电解质组合物,尽管含有碘,透明性也高,着色也少,而且发现这样的电解质组合物可以简便地制备,进而完成了本发明。
即,本发明的电解质组合物包含碘(A)、除有机盐以外的硫化合物(B)、以及碱性氮化合物(C)。该电解质组合物在光程长度1cm、波长400nm下的透光率可以为30%以上。上述硫化合物(B)可以是选自硫醇类、硫醚类及二硫醚类中的至少1种(特别是直链状或支链状C4-18烷基硫醇等具有链状或环状烷烃骨架的硫醇类)。上述碱性氮化合物(C)可以为胺类(特别是吡啶类)。上述硫化合物(B)的比例相对于上述碱性氮化合物(C)可以为0.1~2倍摩尔左右。上述电解质组合物还可以包含碘化物盐(D)。上述电解质组合物可以是不包含环糊精的组合物。上述电解质组合物可以是电解液。
本发明也包括电解液为上述电解质组合物的色素增敏太阳能电池。
发明的效果
在本发明中,可以简便地制备包含碘、特定的硫化合物及碱性氮化合物的透明性高的电解质组合物。该电解质组合物尽管包含碘,透明性也高,着色也少,因此在用作电解液时,能够增大短路电流。因此,能够作为色素增敏太阳能电池的电解液而提高输出特性。
附图说明
图1是示出实施例1中得到的电解液的输出特性的坐标图。
图2是示出实施例2中得到的电解液的输出特性的坐标图。
图3是示出实施例3中得到的电解液的输出特性的坐标图。
图4是示出实施例4中得到的电解液的输出特性的坐标图。
图5是示出实施例7中得到的电解液的输出特性的坐标图。
图6是示出实施例8中得到的电解液的输出特性的坐标图。
图7是示出实施例9中得到的电解液的输出特性的坐标图。
图8是对本发明的电解液和现有的电解液的输出特性进行比较的坐标图。
图9是本发明的电解液及现有的电解液的UV-Vis图谱。
具体实施方式
[电解质组合物]
本发明的电解质组合物尽管包含碘(A),但由于包含特定的硫化合物(B)与碱性氮化合物(C)的组合,因此透明性高。碘(A)在组合物中也可以为碘分子I2的形态,但也可以发生了离子化,可以以I-、I3 -的形态存在。
本发明的电解质组合物在光程长度1cm、波长450nm下的透光率可以为10%以上(例如30~100%),例如可以为50%以上(例如50~100%),优选为70%以上(例如70~99.9%),进一步优选为80%以上(例如80~99%),特别是可以为90%以上(例如90~98%)。在本发明中,由于这样的在可见光范围内的透射率高,因此透明性优异。
本发明的电解质组合物在光程长度1cm、波长400nm下的透光率可以为10%以上(例如20~100%),例如可以为30%以上(例如30~99%),优选为40%以上(例如40~95%),进一步优选为50%以上(例如50~90%),特别是可以为60%以上(例如60~80%)。在本发明中,由于这样的短波长且高能量的光线的透射率也高,因此,在光电转换元件中可以有效地利用光能。
本发明的电解质组合物不显示出碘独特的棕褐色系或橙色系的色调,着色少,可以为浅色或无色,优选为无色透明。
本发明的电解质组合物只要具有如上所述的透光性即可,对其形态没有特别限定,可以为液态、凝胶状、固态中的任意形态,可以根据用途而加以选择,在色素增敏太阳能电池中由于通常被用作电解液,因此为液态。
作为硫化合物(B),只要是除有机盐以外的硫化合物即可,可以列举例如:硫醇类、硫醚类、亚砜类、砜类、硫酮类、磺酸类、二硫醚类。这些硫化合物可以单独使用,或者组合两种以上使用。其中,从组合物的透明性的提高效果优异的观点考虑,优选为硫醇类、硫醚类、二硫醚类。
作为硫醇类,只要是具有硫醇基的化合物即可,可以列举例如:烷基硫醇(例如,甲硫醇、乙硫醇、丙硫醇、异丙硫醇、正丁硫醇、己硫醇、辛硫醇、癸硫醇、十二烷基硫醇、十八烷基硫醇等直链状或支链状C1-24烷基硫醇等)、环烷基硫醇(例如,环戊硫醇、环己硫醇、环庚硫醇、环辛硫醇、环癸硫醇等C4-10环烷基硫醇等)、芳基硫醇(例如,苯硫酚、萘硫醇等C6-10芳基硫醇等)、芳烷基硫醇(例如,苄硫醇等)、硫代乙酸、巯基羧酸(例如,硫代乙醇酸(巯基乙酸)、巯基丙酸等巯基C2-6羧酸等)等。这些硫醇类可以与羟基化合物同样地形成盐。作为盐,例如可以示例出碱金属盐(钠盐等)。这些硫醇类可以单独使用,或者组合两种以上使用。
作为硫醚类,只要是具有硫醚键的化合物即可,可以列举例如:二烷基硫醚(例如,二甲基硫醚、二乙基硫醚、二丙基硫醚、二异丙基硫醚、二正丁基硫醚、二己基硫醚、二辛基硫醚、二癸基硫醚、双十二烷基硫醚、双十八烷基硫醚等二直链状或支链状C1-24烷基硫醚等)、二环烷基硫醚(例如,二环戊基硫醚、二环己基硫醚、二环庚基硫醚、二环辛基硫醚、二环癸基硫醚等二C4-10环烷基硫醚等)、二芳基硫醚(例如,二苯基硫醚、二萘基硫醚等二C6-10芳基硫醚等)等。这些硫醚类可以单独使用,或者组合两种以上使用。
作为二硫醚类,只要是具有二硫醚键的化合物即可,可以列举例如:二烷基二硫醚(例如,二甲基二硫醚、二乙基二硫醚、二丙基二硫醚、二异丙基二硫醚、二正丁基二硫醚、二己基二硫醚、二辛基二硫醚、二癸基二硫醚、双十二烷基二硫醚、双十八烷基二硫醚等二直链状或支链状C1-24烷基二硫醚等)、二环烷基二硫醚(例如,二环戊基二硫醚、二环己基二硫醚、二环庚基二硫醚、二环辛基二硫醚、二环癸基二硫醚等二C4-10环烷基二硫醚等)、二芳基二硫醚(例如,二苯基二硫醚、二萘基二硫醚等二C6-10芳基二硫醚等)等。这些二硫醚类可以单独使用,或者组合两种以上使用。
其中,特别优选为硫醇类,在硫醇类中,从能够极大提高组合物的透明性的观点考虑,优选为烷基硫醇、环烷基硫醇等具有脂肪族骨架(直链状或支链状C4-18烷烃、C5-8环烷烃等链状或环状烷烃骨架)的硫醇类,特别优选为1-十二烷基硫醇等直链状或支链状C8-16烷基硫醇(特别是直链状或支链状C10-16烷基硫醇)。
硫化合物(B)的比例相对于碘(A)(I2形式的碘)可以为0.5倍摩尔以上(例如0.5~20倍摩尔),例如为1~10倍摩尔,优选为1.2~5倍摩尔,进一步优选为1.5~4倍摩尔(特别是2~3倍摩尔)左右。硫化合物(B)的比例过少时,存在组合物的透明性降低的隐患。
硫化合物(B)的比例相对于碱性氮化合物(C)可以为0.01倍摩尔以上(例如0.01~10倍摩尔),例如为0.1~2倍摩尔(例如0.2~1.7倍摩尔),优选为0.3~1.5倍摩尔(例如0.3~1倍摩尔),进一步优选为0.4~0.7倍摩尔(特别是0.5~0.6倍摩尔)左右。硫化合物(B)的比例过少时,存在组合物的透明性降低的隐患。
作为碱性氮化合物(C),只要是具有非共轭电子对的氮化合物则没有特别限定,通常可以使用胺类、季铵盐(不包括后述的碘化季铵碘化物),从操作性等发明考虑,广泛使用的是脂肪族叔胺、芳香族胺、杂环胺等胺类(叔胺类等)。
作为脂肪族叔胺,可以列举例如:三甲胺、三乙胺、三正丙胺、三正丁胺、N,N-二异丙基乙基胺、三异丙胺等三C1-6烷基胺;N,N-二乙基环己胺、N,N-二异丙基环己胺等N,N-二C1-6烷基C5-8环烷基胺;N,N-二环己基乙胺、N,N-二环己基异丙胺等N,N-二C5-8环烷基C1-6烷基胺;三苄基胺等三芳烷基胺;N,N,N’,N’-四甲基乙二胺、N,N,N’,N’-四甲基丙二胺等四C1-6烷基烷二胺;1-甲基吡咯烷、1-乙基吡咯烷等1-C1-6烷基吡咯烷;1-甲基哌啶、1-乙基哌啶等1-C1-6烷基哌啶;2,6-二甲基哌嗪等2,6-二C1-6烷基哌嗪;4-甲基吗啉、4-乙基吗啉等4-C1-6烷基吗啉;三乙醇胺等三C1-6烷醇胺;二甲基氨基乙醇等二C1-6烷基C1-6烷醇胺;1,5-二氮杂双环[4.3.0]壬-5-烯(DBN)、1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯(DBU)等环状胺等。
作为芳香族胺,可以列举例如:N,N-二甲基苯胺、N,N-二乙基苯胺等二C1-6烷基苯胺;苄基二甲基胺等芳烷基二烷基胺;三(二甲基氨基甲基)苯酚等二烷基氨基苯酚等。
杂环胺包括吡啶类、吡咯烷酮类、咪唑类等。
作为吡啶类,可以列举例如:吡啶;甲基吡啶(picoline)、乙基吡啶、丙基吡啶、异丙基吡啶、正丁基吡啶、叔丁基吡啶等直链状或支链状C1-10烷基吡啶;二甲基吡啶(lutidine)等二C1-6烷基吡啶;三甲基吡啶(collidine)等三C1-4烷基吡啶;N,N-二甲基-4-氨基吡啶等二C1-10烷基氨基吡啶;4-吡咯烷基吡啶等吡咯烷基吡啶等。
作为吡咯烷酮类,可以列举例如:2-吡咯烷酮、3-吡咯烷酮等吡咯烷酮;N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)等N-C1-6烷基吡咯烷酮等。
作为咪唑类,可以列举例如:咪唑;1-甲基咪唑、2-甲基咪唑、2-乙基咪唑、2-异丙基咪唑等C1-6烷基咪唑;2-乙基-4-甲基咪唑、2-异丙基-4-甲基咪唑等二C1-6烷基咪唑;1-苯基咪唑、2-苯基咪唑等C6-10芳基咪唑;1-甲基苯并咪唑等C1-6烷基苯并咪唑等。
这些胺类可以是盐的形态。作为盐,可以示例出例如:无机盐(例如,盐酸盐、氢溴酸盐、硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐、碳酸盐、三氟化硼盐等)、有机酸盐(例如,甲酸盐、乙酸盐、磺酸盐等)等。
这些胺类可以单独使用,或者组合两种以上使用。在这些胺类中,从组合物的氧化还原功能的观点考虑,优选为脂肪族叔胺(特别是N,N-二异丙基乙基胺等三C2-4烷基胺)、杂环胺(特别是吡啶类),特别优选为直链状或支链状C2-6烷基吡啶(特别是4-叔丁基吡啶等支链状C3-4烷基吡啶)。
碱性氮化合物(C)的比例相对于碘(A)(I2形式的碘)可以为1倍摩尔以上(例如1~30倍摩尔),例如为2~20倍摩尔,优选为2~10倍摩尔,进一步优选为3~8倍摩尔(特别是4~6倍摩尔)左右。碱性氮化合物(C)的比例过少时,存在组合物的氧化还原功能降低的隐患。
从促进碘(A)的离子化、在用于色素增敏太阳能电池的电解液等的情况下能够提高电池的输出特性的观点考虑,本发明的电解质组合物优选还包含碘化物盐(D)。作为碘化物盐,可以列举例如:金属碘化物盐(例如,碘化锂、碘化钠、碘化钾、碘化铯等碘化碱金属盐;碘化镁、碘化钙等碘化碱土金属盐等)、碘化季铵盐(例如,四乙基碘化铵等四C1-6烷基碘化铵;苄基三甲基碘化铵等苄基三C1-6烷基碘化铵;碘化吡啶1,2-二甲基-3-丙基碘化咪唑等碘化咪唑等)等。这些碘化物盐可以单独使用,或者组合两种以上使用。其中,广泛使用碘化锂等碘化碱金属盐。
碘化物盐(D)的比例相对于碘(A)(I2形式的碘)可以为1倍摩尔以上(例如1~10倍摩尔),例如为1.1~5倍摩尔,优选为1.2~3倍摩尔,进一步优选为1.5~2.5倍摩尔(特别是1.8~2.2倍摩尔)左右。碘化物盐(D)的比例过少时,存在不会表现出由碘化物盐(D)带来的效果的隐患。
本发明的电解质组合物为液态时,优选还包含溶剂(E)。作为溶剂,可以列举例如:水、醇类、醚类、酯类、内酯类、酮类、酰胺类、环丁砜类、亚砜类、腈类、碳酸酯类、烃类(脂肪族烃、芳香族烃等)、卤代烃类等。这些溶剂可以为不燃性的。这些溶剂可以单独使用,或者组合两种以上使用。
这些溶剂可以根据用途而适当选择,从介电常数高的观点考虑,优选为醇类(例如,乙醇等烷醇类、乙二醇、聚乙二醇等二醇类)、腈类(例如,乙腈、丁腈、甲氧基乙腈、丙腈、3-甲氧基丙腈、苯甲腈等)、碳酸酯类(例如,碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸亚丁酯、碳酸二乙酯等)、内酯类(例如,γ-丁内酯等)、醚类(例如,二甲基醚等链状醚类、四氢呋喃等环状醚类)、酰胺类(例如,N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺等)等,在色素增敏太阳能电池的电解液中广泛使用的是腈类(例如,乙腈、丁腈等C2-6烷腈等)、醇类(例如,叔丁醇等烷醇等)。
溶剂(E)的比例可以以使组合物中的碘(A)(I2形式的碘)的浓度(摩尔/升)为0.0001~10M左右的范围的方式进行选择,例如,可以是达到0.0005~1M(例如0.001~0.1M)、优选为0.001~0.01M、进一步优选为0.003~0.008M左右的比例。
本发明的电解质组合物可以进一步包含其它电解质(例如,溴等其它卤素、溴化物盐、氟化物盐等其它卤化物盐、离子液体(常温熔融盐)、凝胶状电解质、固态电解质等)、惯用的添加剂(例如,稳定剂、阻燃剂、pH调整剂等)作为其它成分。其它成分的各比例相对于碘(A)(I2形式的碘)例如为0.001~0.5倍摩尔,优选为0.005~0.1倍摩尔,进一步优选为0.01~0.05倍摩尔左右。
本发明的电解质组合物由于可以通过硫化合物(B)与碱性氮化合物(C)的组合来提高组合物的透明性,因此不需要如专利文献3那样配合环糊精。因此,本发明的电解质组合物优选实质上不含有环糊精,特别优选不含环糊精。
[电解质组合物的用途]
本发明的电解质组合物可以用于需要离子导电性的各种用途(例如,电池、半导体元件、光电转换元件等),但也可以是利用了碘(A)的氧化还原能力的用途,特别是从透明性、非着色性优异的观点考虑,优选用于太阳能电池等光电转换元件,特别优选用作色素增敏太阳能电池的电解液。在用作色素增敏太阳能电池的电解液时,由于可以抑制碘离子对光的吸收,因此可抑制有助于光电转换的光的减少,可以抑制短路电流的降低等。
本发明的色素增敏太阳能电池的电解液为上述电解质组合物即可,没有特别限定,例如,可以包括具备包含半导体及色素的光电转换层的透明电极、与该电极相对配置的对电极、以及存在于这些电极之间且经过了密封处理的电解液。
对于透明电极而言,通常在透明导电层的一面层叠有包含半导体及色素的光电转换层,上述透明导电层由玻璃板、透明塑料板等透明基板、和层叠在该透明基板上的氟掺杂氧化锡(FTO)、氧化铟-氧化锡系复合氧化物(ITO)等透明导电层形成。
半导体可以使用被用作色素增敏太阳能电池的半导体的惯用的半导体,也可以是有机半导体,但从耐久性等的观点考虑,优选为无机半导体,通常由n型半导体(例如,氧化钛、氧化锌等金属氧化物)形成。半导体(氧化钛等)可以通过烧结而形成在透明导电层上,也可以在以分散液(水分散液等)的形式涂布了与离子性粘合剂(及后述的色素)的混合物之后进行干燥、加热而形成。上述离子性粘合剂例如可以是具有磺基的含氟树脂(Nafion(注册商标)等)。另外,半导体可以使用市售品,也可以使用通过惯用方法合成的半导体。例如,氧化钛的分散液可以通过日本专利第4522886号公报等记载的方法而得到。
色素也可以使用作为色素增敏太阳能电池的色素而使用的惯用的色素,只要是作为敏化剂(敏化色素、光敏色素)发挥功能的成分(或显示出敏化作用的成分)即可,没有特别限定,例如,可以利用有机色素、无机色素(例如,碳系颜料、铬酸盐系颜料、镉系颜料、亚铁氰化物系颜料、金属氧化物系颜料、硅酸盐系颜料、磷酸盐系颜料等)等,通常使用具有羧基、酯基、磺基等官能团作为配位基的色素(例如,N719等具有羧基的钌色素)。如上所述,色素可以与半导体混合而层叠于透明导电层,也可以使其吸附于层叠在透明导电层上的半导体。
对电极也可以使用被用作色素增敏太阳能电池的对电极的惯用的对电极,例如,可以包含导电层(与上述透明电极相同的透明导电层等)和形成于该导电层的催化剂层。对电极根据构成上述透明电极的半导体的种类而成为正极或负极。即,在半导体为n型半导体时,对电极形成正极。催化剂层(正极催化剂层或负极催化剂层)没有特别限定,可以由导电性金属(金、铂等)、碳等形成。需要说明的是,在导电层不仅具有导电性还具有还原能力的情况下,并不必须要设置催化剂层。使对电极的催化剂层或导电催化剂层与透明电极的光电转换层对置。
电解液存在于上述透明电极与对电极之间即可,通常被封入通过用密封材料[例如,包含热塑性树脂(离聚物树脂等)、热固性树脂(环氧树脂、有机硅树脂等)等的密封材料]对两电极(或其边缘部)进行密封处理而形成的空间或空隙内。
实施例
以下,基于实施例对本发明更详细地进行说明,但本发明并不受这些实施例的限定。
实施例1~9及比较例1~3
(电解液的制备)
相对于碘1摩尔而配合4-丁基吡啶、N,N-二异丙基乙基胺、1-十二烷基硫醇、环己硫醇、碘化锂,并使它们达到表1所示的摩尔比,以使碘浓度达到0.005M的方式使其溶解于乙腈,制备了电解液A~F、A+、B+、D+(实施例1~9)及电解液G~I(比较例1~3)。将通过肉眼观察及分光光度计(UV-Vis;光程长度:1cm;空白:乙腈;测定温度:室温;测定装置:U-3900H型分光光度计(Hitachi High-Tech Science株式会社制))对各电解液的色调及透光率进行确认的结果示于表1。
(色素增敏太阳能电池的制作及测定)
在用丙酮清洗过的氟掺杂氧化锡(FTO)透明导电玻璃上通过丝网印刷法将氧化钛糊料(SOLARONIX公司制Ti-Nanoxide T/SP)成膜为厚度10μm的正方形(4mm见方)。利用热板在100℃下干燥后,在500℃烧制1小时,形成了氧化钛电极。
将N719色素(SOLARONIX公司制)35.6mg溶解于乙腈50ml和叔丁醇50ml的混合溶剂。将上述氧化钛电极浸渍于该溶液,于室温下静置24小时,使N719色素吸附于氧化钛电极(氧化钛表面)。用甲醇清洗从色素溶液中取出的氧化钛电极,使其干燥,得到了吸附有色素的氧化钛电极。
将得到的吸附有色素的氧化钛电极的FTO层侧(色素吸附侧)和带有铂的FTO玻璃基板的FTO层侧(铂薄膜侧)隔着间隔件(DOW-MITSUI POLYCHEMICALS株式会社制“HIMILAN”)进行夹持,向两个基板之间形成的空隙(或用密封材料密封的空间)内填充电解液,制作了色素增敏太阳能电池。
使用白色LED灯(Cosmotechno株式会社制、LED台灯CDS-90a)在1000Lux、25℃的条件下测定了制成的色素增敏太阳能电池的性能。将使用了电解液A~D及A+、B+、D+的色素增敏太阳能电池的输出特性示于图1~7。输出特性的坐标图优选成为较长保持初始值的填充因子(FF)的图,由纵轴及横轴和曲线围成的形状越接近于长方形,则表示输出特性越好。需要说明的是,在本评价方法中,作为第1次测定的1st sweep(第一次扫描),因电解液未充分浸透氧化钛膜而不稳定,因此特性(特别是电流)降低,作为第4次测定的4th sweep(第四次扫描),由于电解液挥发,因此特性降低(参照图1~7的坐标图)。因此,太阳能电池的输出特性通过第2及3次的测定(2nd及3rd sweep)进行了评价。
将输出特性及循环特性的评价结果(◎:极好、○:良好、△:普通、×:差)示于表1。
[表1]
表1的结果表明,电解液B、D~F、B+、D+是透明的。仅包含胺化合物、硫醇化合物中任一者的电解液G~I,保持了源自碘的橙色,没有变化。另外,根据电解液A~D的结果,对于胺化合物与硫醇化合物的摩尔比而言,在前者/后者=约2/3~5/3的范围透明性优异。
图1~4的结果表明,1-十二烷基硫醇的比例过多时,输出特性显示出降低的倾向,根据图1与图5的比较、图2与图6的比较、图3与图7的比较可知,通过配合金属碘化物,观察到输出特性稳定的倾向。
实施例10及比较例4
将使用了现有的电解液(比较例4:包含碘0.05M、碘化锂0.01M、1,2-二甲基-3-丙基碘化咪唑0.5M、4-叔丁基吡啶0.5M的乙腈溶液)、和在现有的电解液中加入1-十二烷基硫醇0.15M而进行了透明化的电解液(实施例10)的色素增敏太阳能电池的输出特性的比较示于图8。另外,将这些电解液的UV-Vis图谱示于图9。
图8表明,实施例10的电解液透明、着色少,因此电解液的光吸收所导致的光利用效率降低少,可得到比现有的电解液更高的电流值。
工业实用性
本发明的电解质组合物可以用作需要离子导电性的电解质组合物(例如,用于电池、半导体元件、光电转换元件等各种元件的组合物等),可以用于利用碘的氧化还原体系(I-/I3 -体系)的用途。上述电解质组合物即使为液态也是透明的、着色少,因此可以用作各种元件的电解液。其中,从着色少、且能够提高光电转换效率的观点考虑,作为太阳能电池(特别是色素增敏太阳能电池)的电解液是有用的。
Claims (12)
1.一种电解质组合物,其包含:
碘(A)、
除有机盐以外的硫化合物(B)、以及
碱性氮化合物(C)。
2.根据权利要求1所述的电解质组合物,其在光程长度1cm、波长400nm下的透光率为30%以上。
3.根据权利要求1或2所述的电解质组合物,其中,
硫化合物(B)是选自硫醇类、硫醚类及二硫醚类中的至少1种。
4.根据权利要求3所述的电解质组合物,其中,
硫醇类是具有链状或环状烷烃骨架的硫醇类。
5.根据权利要求3或4所述的电解质组合物,其中,
硫醇类是直链状或支链状C4-18烷基硫醇。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的电解质组合物,其中,
碱性氮化合物(C)是胺类。
7.根据权利要求6所述的电解质组合物,其中,
胺类是吡啶类。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的电解质组合物,其中,
硫化合物(B)的比例相对于碱性氮化合物(C)为0.1~2倍摩尔。
9.根据权利要求1~8中任一项所述的电解质组合物,其还包含碘化物盐(D)。
10.根据权利要求1~9中任一项所述的电解质组合物,其不包含环糊精。
11.根据权利要求1~10中任一项所述的电解质组合物,其是电解液。
12.一种色素增敏太阳能电池,其电解液为权利要求1~11中任一项所述的电解质组合物。
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