TW201930194A - 電解質組成物及其用途 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種包含碘(A)、不包括有機鹽的硫化合物(B)、和鹼性氮化合物(C)的電解質組成物。此電解質組成物係光路長度1cm的波長400nm的光線透射率可以是30%以上。前述硫化合物(B)可以是從包含硫醇類、硫化物類及二硫化物類的群組所選出的至少一種(特別是直鏈狀或分枝鏈狀C4-18烷烴硫醇等的具有鏈狀或環狀烷烴骨架的硫醇類)。前述鹼性氮化合物(C)可以是胺類(特別是吡啶類)。前述硫化合物(B)的比例可以是相對於前述鹼性氮化合物(C)為0.1~2倍莫耳左右。前述電解質組成物可以進一步包含碘化物鹽(D)。前述電解質組成物可以是色素增感太陽能電池的電解液。前述電解質組成物能夠簡便地調製，即使包含碘，透明性仍高，著色也受到抑制。
Description
本發明係關於能夠利用於色素增感太陽能電池的電解液等的電解質組成物及其用途。
太陽能電池係作為環境負擔小的乾淨能源而受到矚目，實際上正進行著實用化，但有對室內等微弱光的轉換效率小等的課題。因此，積極進行用於藉由改良光電轉換元件本身來使光電轉換效率提升的開發，另一方面也進行著藉由電解液的改良來使光電轉換效率提升的開發。
日本特開2009-76369號公報(專利文獻1)中揭示了具備包含氮氧自由基化合物的電解質層的色素增感太陽能電池，作為能夠提升電動勢、最大輸出及循環特性的色素增感太陽能電池。此文獻中，也記載了：為了抑制因電解質中所含的鹵素離子的滲出所造成的腐蝕，能夠構築不含碘等的鹵素離子的新型色素增感太陽能電池系統。實施例中，調製了如下的電解液作為電解質溶液(電解液)：包含作為氧化還原介質的氮氧化合物、過氯酸四丁基銨及甲氧基丙腈的電解液；在I-/I3 -電解液中添加了氮氧化合物的電解液。
但是，此電解質層，在包含碘的情況下，因著色而透明性降低，光電轉換效率降低。
日本特開2012-195280號公報(專利文獻2)中揭示了具備包含具有分子量為59.04g/莫耳以上的陰離子的鹽及6.04≦pKa≦7.3的添加劑的電解質層的光電轉換元件，作為能夠提升耐久性的色素增感太陽能電池等的光電轉換元件。實施例中，調製了如下的電解液：在包含碘的電解液中，摻合胍鎓三氟磺酸鹽(GuOTf)等作為具有前述陰離子的鹽，另外摻合2-胺基吡啶、4-甲氧基吡啶、4-乙基吡啶、N-甲基咪唑、二甲吡啶等作為6.04≦pKa≦7.3的添加劑。
但是，此電解質層也因著色而透明性降低，光電轉換效率降低。
WO2006/123785(專利文獻3)中揭示了包含介質、和對此介質為難溶性且平均粒徑為20μm以下的碘-環糊精包藏化合物(inclusion compound)的電解質組成物，作為不會引起伴隨時間經過的光電轉換效率的降低、碘所引起的顯色受到抑制的色素增感太陽能電池的電解質組成物。實施例中，調製了包含前述包藏化合物、碘化鋰、4-三級丁基吡啶、1-丙基-2,3-二甲基咪唑鎓-碘、和3-甲氧基丙腈的電解質組成物。
但是，此電解質組成物不僅需要環糊精，還需要預先合成碘-環糊精包藏化合物，且控制難溶於介質的包藏化合物的粒徑，操作性、生產性低。此外，碘-環糊精包藏化合物對介質為難溶性，添加量受到限制， 因此無法確保充分的碘濃度。
專利文獻1：日本特開2009-76369號公報(請求項1、段落[0009]、實施例)
專利文獻2：日本特開2012-195280號公報(請求項1及3、實施例)
專利文獻3：WO2006/123785(請求項1、段落[0008]、實施例)
由此，本發明的目的在於提供一種電解質組成物及其用途，該電解質組成物能夠簡便地調製，即使包含碘，透明性仍高，著色也受到抑制。
本發明的另一目的在於提供一種電解質組成物及其用途，該電解質組成物作為電解液而能夠增大短路電流。
本發明的另一目的在於提供一種電解質組成物及其用途，該電解質組成物作為色素增感太陽能電池的電解液而能夠提升輸出特性。
本發明人等，為了達成前述課題而進行銳意檢討，結果發現以下事情而完成了本發明：包含碘、特定的硫化合物和鹼性氮化合物的電解質組成物係即使包 含碘，透明性仍高，著色少；及這樣的電解質組成物能夠簡便地調製。
即，本發明的電解質組成物包含碘(A)、不包括有機鹽的硫化合物(B)、和鹼性氮化合物(C)。此電解質組成物係光路長度1cm的波長400nm的光線透射率可以是30%以上。前述硫化合物(B)可以是從包含硫醇類、硫化物類及二硫化物類的群組所選出的至少一種(特別是直鏈狀或分枝鏈狀C4-18烷烴硫醇等的具有鏈狀或環狀烷烴骨架的硫醇類)。前述鹼性氮化合物(C)可以是胺類(特別是吡啶類)。前述硫化合物(B)的比例可以是相對於前述鹼性氮化合物(C)為0.1~2倍莫耳左右。前述電解質組成物可以進一步包含碘化物鹽(D)。前述電解質組成物可以是不含環糊精的組成物。前述電解質組成物可以是電解液。
本發明也包含電解液為前述電解質組成物的色素增感太陽能電池。
本發明能夠簡便地調製包含碘、特定的硫化合物和鹼性氮化合物的透明性高的電解質組成物。此電解質組成物係即使包含碘，透明性仍高，著色少，因此若用作電解液，便能夠增大短路電流。因此，作為色素增感太陽能電池的電解液，能夠提升輸出特性。
圖1係顯示在實施例1所得到的電解液的輸出特性 的曲線圖(graph)。
圖2係顯示在實施例2所得到的電解液的輸出特性的曲線圖。
圖3係顯示在實施例3所得到的電解液的輸出特性的曲線圖。
圖4係顯示在實施例4所得到的電解液的輸出特性的曲線圖。
圖5係顯示在實施例7所得到的電解液的輸出特性的曲線圖。
圖6係顯示在實施例8所得到的電解液的輸出特性的曲線圖。
圖7係顯示在實施例9所得到的電解液的輸出特性的曲線圖。
圖8係比較本發明的電解液和現有電解液的輸出特性的曲線圖。
圖9係本發明的電解液及現有電解液的UV-Vis光譜圖。
本發明的電解質組成物，儘管包含碘(A)，但由於包含特定的硫化合物(B)和鹼性氮化合物(C)的組合，因此透明性高。在組成物中，碘(A)可以是碘分子I2的形態，但也可以進行離子化，可以以I-、I3 -的形態存在。
本發明的電解質組成物係光路長度1cm的波長450nm的光線透射率可以是10%以上(例如30~100%)，例如可以是50%以上(例如50~100%)，較佳為70%以上(例如70~99.9%)，更佳為80%以上(例如80~99%)，特別是90%以上(例如90~98%)。本發明，由於在這樣的可見光區域的透射率高，因此透明性優異。
本發明的電解質組成物係光路長度1cm的波長400nm的光線透射率可以是10%以上(例如20~100%)，例如可以是30%以上(例如30~99%)，較佳為40%以上(例如40~95%)，更佳為50%以上(例如50~90%)，特別是60%以上(例如60~80%)。本發明，由於這樣的短波長且高能量的光線的透射率也高，因此在光電轉換元件中能夠有效地利用光能。
本發明的電解質組成物沒有呈現出碘獨特的茶褐色系或橘色系的色相，著色少，可以是淺色或無色，較佳為無色透明。
本發明的電解質組成物，若具有如前述的光透射性的話，則形態沒有特別的限定，可以是液狀、凝膠狀、固體狀的任一者，能夠根據用途加以選擇，在色素增感太陽能電池中通常用作電解液，因此為液狀。
作為硫化合物(B)，若為有機鹽以外的硫化合物的話即可，例如，可舉出：硫醇類、硫醚類、亞碸類、碸類、硫酮類、磺酸類、二硫化物類等。這些硫化合物能夠單獨或組合二種以上使用。此等之中，從組成物的透明性提升效果優異的點來看，較佳為硫醇類、硫化物 類、二硫化物類。
作為硫醇類，若為具有硫醇基的化合物的話即可，例如，可舉出：烷烴硫醇(例如，甲烷硫醇、乙烷硫醇、丙烷硫醇、異丙烷硫醇、正丁烷硫醇、己烷硫醇、辛烷硫醇、癸烷硫醇、十二烷硫醇、十八烷硫醇等的直鏈狀或分枝鏈狀C1-24烷烴硫醇等)、環烷烴硫醇(例如，環戊烷硫醇、環己烷硫醇、環庚烷硫醇、環辛烷硫醇、環癸烷硫醇等的C4-10環烷烴硫醇等)、芳烴硫醇(例如，硫酚、萘硫醇等的C6-10芳烴硫醇等)、芳烷基硫醇(例如，苄基硫醇等)、硫乙酸、巰基羧酸(例如，硫乙醇酸(巰基乙酸)、巰基丙酸等的巰基C2-6羧酸等)等。這些硫醇類可以與羥基化合物一樣地形成鹽。作為鹽，例如，能例示：鹼金屬鹽(鈉鹽等)。這些硫醇類能夠單獨或組合二種以上使用。
作為硫化物類，若為具有硫化物鍵的化合物的話即可，例如，可舉出：二烷基硫化物(例如，二甲基硫化物、二乙基硫化物、二丙基硫化物、二異丙基硫化物、二正丁基硫化物、二己基硫化物、二辛基硫化物、二癸基硫化物、二(十二基)硫化物、二(十八基)硫化物等的二直鏈狀或分枝鏈狀C1-24烷基硫化物等)、二環烷基硫化物(例如，二環戊基硫化物、二環己基硫化物、二環庚基硫化物、二環辛基硫化物、二環癸基硫化物等的二C4-10環烷基硫化物等)、二芳基硫化物(例如，二苯基硫化物、二萘基硫化物等的二C6-10芳基硫化物等)等。這些硫化物類能夠單獨或組合二種以上使用。
作為二硫化物類，若為具有二硫化物鍵的化合物的話即可，例如，可舉出：二烷基二硫化物(例如，二甲基二硫化物、二乙基二硫化物、二丙基二硫化物、二異丙基二硫化物、二正丁基二硫化物、二己基二硫化物、二辛基二硫化物、二癸基二硫化物、二(十二基)二硫化物、二(十八基)二硫化物等的二直鏈狀或分枝鏈狀C1-24烷基二硫化物等)、二環烷基二硫化物(例如，二環戊基二硫化物、二環己基二硫化物、二環庚基二硫化物、二環辛基二硫化物、二環癸基二硫化物等的二C4-10環烷基二硫化物等)、二芳基二硫化物(例如，二苯基二硫化物、二萘基二硫化物等的二C6-10芳基二硫化物等)等。這些二硫化物類能夠單獨或組合二種以上使用。
此等之中，特佳為硫醇類，硫醇類之中，從能夠高度地提升組成物的透明性的點來看，較佳為烷烴硫醇、環烷烴硫醇等的具有脂肪族骨架(直鏈狀或分枝鏈狀C4-18烷烴、C5-8環烷烴等的鏈狀或環狀烷烴骨架)的硫醇類，特佳為1-十二烷硫醇等的直鏈狀或分枝鏈狀C8-16烷烴硫醇(特別是直鏈狀或分枝鏈狀C10-16烷烴硫醇)。
硫化合物(B)的比例可以是相對於碘(A)(I2形式的碘)為0.5倍莫耳以上(例如0.5~20倍莫耳)，例如為1~10倍莫耳，較佳為1.2~5倍莫耳，更佳為1.5~4倍莫耳(特別是2~3倍莫耳)左右。若硫化合物(B)的比例過少，則有組成物的透明性降低之虞。
硫化合物(B)的比例可以是相對於鹼性氮化合物(C)為0.01倍莫耳以上(例如0.01~10倍莫耳)，例 如為0.1~2倍莫耳(例如0.2~1.7倍莫耳)，較佳為0.3~1.5倍莫耳(例如0.3~1倍莫耳)，更佳為0.4~0.7倍莫耳(特別是0.5~0.6倍莫耳)左右。若硫化合物(B)的比例過少，則有組成物的透明性降低之虞。
作為鹼性氮化合物(C)，若為具有非共軛電子對的氮化合物的話，則沒有特別的限定，通常能利用胺類、四級銨鹽(不包括後述的碘化四級銨碘化物)，從操作性等的點來看，普遍使用脂肪族三級胺、芳香族胺、雜環胺等的胺類(三級胺類等)。
作為脂肪族三級胺，例如，可舉出：三甲基胺、三乙基胺、三正丙基胺、三正丁基胺、N,N-二異丙基乙基胺、三異丙基胺等的三C1-6烷基胺；N,N-二乙基環己基胺、N,N-二異丙基環己基胺等的N,N-二C1-6烷基C5-8環烷基胺；N,N-二環己基乙基胺、N,N-二環己基異丙基胺等的N,N-二C5-8環烷基C1-6烷基胺；三苄基胺等的三芳烷基胺；N,N,N’,N’-四甲基乙二胺、N,N,N’,N’-四甲基丙二胺等的四C1-6烷基烷烴二胺；1-甲基吡咯啶、1-乙基吡咯啶等的1-C1-6烷基吡咯啶；1-甲基哌啶、1-乙基哌啶等的1-C1-6烷基哌啶；2,6-二甲基吡等的2,6-二C1-6烷基吡；4-甲基啉、4-乙基啉等的4-C1-6烷基啉；三乙醇胺等的三C1-6烷醇胺；二甲基胺基乙醇等的二C1-6烷基C1-6烷醇胺；1,5-二氮雜雙環[4.3.0]壬烯-5(DBN)、1,8-二氮雜雙環[5.4.0]十一烯-7(DBU)等的環狀胺等。
作為芳香族胺，例如，可舉出：N,N-二甲基 苯胺、N,N-二乙基苯胺等的二C1-6烷基苯胺；苄基二甲基胺等的芳烷基二烷基胺；參(二甲基胺基甲基)酚等的二烷基胺基酚等。
雜環胺包含吡啶類、吡咯啶酮類、咪唑類等。
作為吡啶類，例如，可舉出：吡啶、甲基吡啶(甲吡啶)、乙基吡啶、丙基吡啶、異丙基吡啶、正丁基吡啶、三級丁基吡啶等的直鏈狀或分枝鏈狀C1-10烷基吡啶；二甲基吡啶(二甲吡啶)等的二C1-6烷基吡啶；三甲基吡啶(三甲吡啶)等的三C1-4烷基吡啶；N,N-二甲基-4-胺基吡啶等的二C1-10烷基胺基吡啶；4-吡咯啶基吡啶等的吡咯啶基吡啶等。
作為吡咯啶酮類，例如，可舉出：2-吡咯啶酮、3-吡咯啶酮等的吡咯啶酮；N-甲基-2-吡咯啶酮(NMP)等的N-C1-6烷基吡咯啶酮等。
作為咪唑類，例如，可舉出：咪唑；1-甲基咪唑、2-甲基咪唑、2-乙基咪唑、2-異丙基咪唑等的C1-6烷基咪唑；2-乙基-4-甲基咪唑、2-異丙基-4-甲基咪唑等的二C1-6烷基咪唑；1-苯基咪唑、2-苯基咪唑等的C6-10芳基咪唑；1-甲基苯并咪唑等的C1-6烷基苯并咪唑等。
這些胺類可以是鹽的形態。作為鹽，例如，能例示：無機鹽(例如，鹽酸鹽、溴化氫鹽、硫酸鹽、硝酸鹽、磷酸鹽、碳酸鹽、三氟化硼鹽等)、有機酸鹽(例如，甲酸鹽、乙酸鹽、磺酸鹽等)等。
這些胺類能夠單獨或組合二種以上使用。這些胺類之中，從組成物的氧化還原功能的點來看，較佳 為脂肪族三級胺(特別是N,N-二異丙基乙基胺等的三C2-4烷基胺)、雜環胺(特別是吡啶類)，特佳為直鏈狀或分枝鏈狀C2-6烷基吡啶(特別是4-三級丁基吡啶等的分枝鏈狀C3-4烷基吡啶)。
鹼性氮化合物(C)的比例可以是相對於碘(A)(I2形式的碘)為1倍莫耳以上(例如1~30倍莫耳)，例如為2~20倍莫耳，較佳為2~10倍莫耳，更佳為3~8倍莫耳(特別是4~6倍莫耳)左右。若鹼性氮化合物(C)的比例過少，則有組成物的氧化還原功能降低之虞。
從促進碘(A)的離子化，在利用於色素增感太陽能電池的電解液等的情況下，能夠提升電池的輸出特性的點來看，本發明的電解質組成物較佳為進一步包含碘化物鹽(D)。作為碘化物鹽，例如，可舉出：金屬碘化物鹽(例如，碘化鋰、碘化鈉、碘化鉀、碘化銫等的碘化鹼金屬鹽；碘化鎂、碘化鈣等的碘化鹼土金屬鹽等)、四級銨碘化物鹽(例如，碘化四乙基銨等的碘化四C1-6烷基銨；碘化苄基三甲基銨等的碘化苄基三C1-6烷基銨；碘化吡啶；1,2-二甲基-3-丙基咪唑鎓碘化物等的碘化咪唑鎓等)等。這些碘化物鹽能夠單獨或組合二種以上使用。此等之中，普遍使用碘化鋰等的碘化鹼金屬鹽。
碘化物鹽(D)的比例可以是相對於碘(A)(I2形式的碘)為1倍莫耳以上(例如1~10倍莫耳)，例如為1.1~5倍莫耳，較佳為1.2~3倍莫耳，更佳為1.5~2.5倍莫耳(特別是1.8~2.2倍莫耳)左右。若碘化物鹽(D)的比例過少，則有不展現出基於碘化物鹽(D)的效果之虞。
本發明的電解質組成物，在為液狀的形態的情況下，較佳為進一步包含溶媒(E)。作為溶媒，例如，可舉出：水、醇類、醚類、酯類、內酯類、酮類、醯胺類、環丁碸類、亞碸類、腈類、碳酸酯類、烴類(脂肪族烴、芳香族烴等)、鹵化烴類等。這些溶媒可以是不燃性。這些溶媒能夠單獨或組合二種以上使用。
這些溶媒能夠根據用途適宜選擇，從相對介電係數高的點來看，較佳為醇類(例如，乙醇等的烷醇類、乙二醇、聚乙二醇等的二醇類)、腈類(例如，乙腈、丁腈、甲氧基乙腈、丙腈、3-甲氧基丙腈、苄腈等)、碳酸酯類(例如，碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二乙酯等)、內酯類(例如，γ-丁內酯等)、醚類(例如，二甲基醚等的鏈狀醚類、四氫呋喃等的環狀醚類)、醯胺類(例如，N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺等)等，在色素增感太陽能電池的電解液方面，普遍使用腈類(例如，乙腈、丁腈等的C2-6烷烴腈等)、醇類(例如，三級丁醇等的烷醇等)。
溶媒(E)的比例係以組成物中的碘(A)(I2形式的碘)的濃度(莫耳/公升)成為0.0001~10M左右的範圍的方式選擇，例如可以是成為0.0005~1M(例如0.001~0.1M)，較佳為0.001~0.01M，更佳為0.003~0.008M左右的比例。
本發明的電解質組成物可以進一步包含其他電解質(例如，溴等的其他鹵素元素、溴化物鹽、氟化物鹽等的其他鹵化物鹽、離子液體(常溫熔融鹽)、凝膠狀 電解質、固體狀電解質等)、慣用的添加劑(例如，穩定劑、阻燃劑、pH調整劑等)作為其他成分。其他成分的各比例係相對於碘(A)(I2形式的碘)，例如為0.001~0.5倍莫耳，較佳為0.005~0.1倍莫耳，更佳為0.01~0.05倍莫耳左右。
本發明的電解質組成物，由於能夠藉由硫化合物(B)和鹼性氮化合物(C)的組合來提升組成物的透明性，因此不需要如專利文獻3般摻合環糊精。因此，本發明的電解質組成物較佳為實質上不含環糊精，特佳為不含環糊精。
本發明的電解質組成物能夠利用於需要離子傳導性的各種用途(例如，電池、半導體元件、光電轉換元件等)，也可以是利用碘(A)的氧化還原能力的用途，特別是，從透明性、非著色性優異的點來看，較佳為利用於太陽能電池等的光電轉換元件，特佳為用作色素增感太陽能電池的電解液。若用作色素增感太陽能電池的電解液，則由於能夠抑制碘離子的光的吸收，因此有助於光電轉換的光的減少受到抑制，能夠抑制短路電流的降低等。
本發明的色素增感太陽能電池，若電解液為前述電解質組成物的話，則沒有特別的限定，例如，可以包含：具備包含半導體及色素的光電轉換層的透明電極、配置成與此電極對向的相對電極、和介於這些電極 之間並經密封處理的電解液。
透明電極通常是在透明導電層的一面積層包含半導體及色素的光電轉換層，前述透明導電層係以玻璃板、透明塑膠板等的透明基板、和積層在此透明基板上的摻雜氟的氧化錫(FTO)、氧化銦-氧化錫系複合氧化物(ITO)等的透明導電層形成。
半導體能夠利用用作色素增感太陽能電池的半導體的慣用的半導體，可以是有機半導體，但從耐久性等的點來看，較佳為無機半導體，通常包含n型半導體(例如，氧化鈦、氧化鋅等的金屬氧化物)。半導體(氧化鈦等)可以藉由燒結來形成在透明導電層上，也可以以分散液(水分散液等)的形式，塗布與離子性黏合劑(及後述的色素)的混合物之後，進行乾燥、加熱來形成。前述離子性黏合劑，例如，可以是具有磺酸基的含氟樹脂(NAFION(註冊商標)等)。此外，半導體可以利用市售品，也可以使用利用慣用的方法進行合成者。例如，氧化鈦的分散液能夠藉由日本專利第4522886號公報等記載的方法得到。
色素也能夠利用用作色素增感太陽能電池的色素的慣用的色素，若為作為增感劑(增感色素、光增感色素)而發揮作用的成分(或者表現出增感作用的成分)的話，便沒有特別的限定，例如，能夠利用：有機色素、無機色素(例如，碳系顏料、鉻酸鹽系顏料、鎘系顏料、亞鐵氰化物系顏料、金屬氧化物系顏料、矽酸鹽系顏料、磷酸鹽系顏料等)等，通常使用具有羧基、酯基、磺酸基 等官能基作為配位子的色素(例如，N719等的具有羧基的釕色素)。如前述，色素可以與半導體混合而積層在透明導電層，也可以吸附在積層在透明導電層的半導體。
相對電極也能夠利用用作色素增感太陽能電池的相對電極的慣用的相對電極，例如，可以包含：導電層(與前述透明電極同樣的透明電極層等)、和形成在此導電層的觸媒層。相對電極係依構成前述透明電極的半導體的種類而成為正極或負極。即，半導體為n型半導體時，相對電極形成正極。觸媒層(正極觸媒層或負極觸媒層)沒有特別的限定，能夠以導電性金屬(金、鉑等)、碳等形成。又，在導電層除了導電性外還具有還原能力的情況下，未必需要設置觸媒層。相對電極的觸媒層或導電觸媒層係與透明電極的光電轉換層對向。
電解液，若介於前述透明電極與相對電極之間的話即可，通常被封入藉由利用密封材[例如，包含熱塑性樹脂(離子聚合物樹脂等)、熱硬化性樹脂(環氧樹脂、矽氧樹脂等)等的密封材]將兩電極(或其緣部)進行密封處理所形成的空間或空隙內。
以下，基於實施例更詳細地說明本發明，但本發明不限於這些實施例。
以相對於碘1莫耳成為表1所示的莫耳比的方式摻 合4-丁基吡啶、N,N-二異丙基乙基胺、1-十二烷硫醇、環己烷硫醇、碘化鋰，以碘濃度成為0.005M的方式使其溶解於乙腈而調製電解液A~F、A+、B+、D+(實施例1~9)及電解液G~I(比較例1~3)。將以目視及分光光度計(UV-Vis：光路長度；1cm，空白(blank)；乙腈，測定溫度；室溫，測定裝置；U-3900H形分光光度計(日立High-Tech Science(股)製))確認各電解液的色相及光線透射率的結果顯示於表1。
在以丙酮清洗過的摻雜氟的氧化錫(FTO)透明導電玻璃，藉由網版印刷法將氧化鈦糊(SOLARONIX公司製Ti-Nanoxide T/SP)成膜為厚度10μm的正方形(4mm見方)。以加熱板，在100℃下使其乾燥後，在500℃下進行燒成1小時形成氧化鈦電極。
將N719色素(SOLARONIX公司製)35.6mg溶解於乙腈50ml和三級丁醇50ml的混合溶媒。將上述氧化鈦電極浸漬於此溶液，在室溫下靜置24小時，使N719色素吸附於氧化鈦電極(氧化鈦表面)。以甲醇清洗從色素溶液取出的氧化鈦電極，使其乾燥而得到吸附色素的氧化鈦電極。
隔著間隔物(三井．Dupont PolyChemical(股)製「Himilan」)包夾所得到的吸附色素的氧化鈦電極的FTO層側(吸附色素側)、和附鉑的FTO玻璃基板的FTO層側(鉑薄膜側)，將電解液填充於形成在兩基板間的空 隙(或者由密封材所密封的空間)內，製作色素增感太陽能電池。
使用白色LED燈(COSMO Techno(股)製，LED桌燈CDS-90a)，以1000Lux、25℃的條件測定製作的色素增感太陽能電池的性能。將使用電解液A~D及A+、B+、D+的色素增感太陽能電池的輸出特性顯示於圖1~7。輸出特性的曲線圖較佳為成為將初期值維持得久的填充因子(FF)，由縱軸及橫軸與曲線所包圍的形狀越接近長方形，意指輸出特性越好。又，在本評價方法中，第1次測定的第1次掃描係電解液並未充分浸透至氧化鈦膜而不穩定，從而特性(特別是電流)變低，第4次測定的第4次掃描因電解液揮發而特性降低(參照圖1~7的曲線圖)。故，太陽能電池的輸出特性係以第2及第3次測定(第2次及第3次掃描)來進行評價。
將輸出特性及循環特性的評價結果(◎：極佳，○：佳，△：普通，×：差)顯示於表1。
由表1的結果可知，電解液B、D~F、B+、D+是透明的。僅包含胺化合物、硫醇化合物中的任一者的電解液G~I仍為源自碘的橘色而沒有變化。此外，由電解液A~D的結果可知，胺化合物和硫醇化合物的莫耳比為前者/後者=約2/3~5/3的範圍係透明性優異。
由圖1~4的結果可知，若1-十二烷硫醇的比例過多，便顯示出輸出特性降低的傾向，由圖1和圖5的比較、圖2和圖6的比較、圖3和圖7的比較可知，藉由金屬碘化物的摻合，可看到輸出特性趨於穩定的傾向。
將使用現有電解液(比較例4：包含碘0.05M、碘化鋰0.01M、1,2-二甲基-3-丙基咪唑鎓碘化物0.5M、4-三級丁基吡啶0.5M的乙腈溶液)、和在現有電解液中加入1-十二烷硫醇0.15M而透明化的電解液(實施例10)的色素增感太陽能電池的輸出特性的比較顯示於圖8。此外，將這些電解液的UV-Vis光譜圖顯示於圖9。
由圖8可知，實施例10的電解液是透明的，著色少，因此因電解液的光吸收所造成的光利用效率的降低小，可得到比現有電解液高的電流值。
本發明的電解質組成物能夠用作需要離子傳導性的電解質組成物(例如，電池、半導體元件、光電轉換元件等各種元件所利用的組成物等)，也可以用於利用碘的氧化還原系(I-/I3 -系)的用途。前述電解質組成物可以是液狀，透明且著色少，因此能用作各種元件的電解液。其中，從著色少且能夠提升光電轉換效率的點來看，適合用作太陽能電池(特別是色素增感太陽能電池)的電解液。
Claims (12)
- 一種電解質組成物，其包含碘(A)、不包括有機鹽的硫化合物(B)、和鹼性氮化合物(C)。
- 如請求項1的電解質組成物，其光路長度1cm的波長400nm的光線透射率為30%以上。
- 如請求項1或2的電解質組成物，其中硫化合物(B)為從包含硫醇類、硫化物類及二硫化物類的群組所選出的至少一種。
- 如請求項3的電解質組成物，其中硫醇類為具有鏈狀或環狀烷烴骨架的硫醇類。
- 如請求項3的電解質組成物，其中硫醇類為直鏈狀或分枝鏈狀C 4-18烷烴硫醇。
- 如請求項1或2的電解質組成物，其中鹼性氮化合物(C)為胺類。
- 如請求項6的電解質組成物，其中胺類為吡啶類。
- 如請求項1或2的電解質組成物，其中硫化合物(B)的比例係相對於鹼性氮化合物(C)為0.1~2倍莫耳。
- 如請求項1或2的電解質組成物，其進一步包含碘化物鹽(D)。
- 如請求項1或2的電解質組成物，其不含環糊精。
- 如請求項1或2的電解質組成物，其為電解液。
- 一種色素增感太陽能電池，其電解液為如請求項1至11中任一項的電解質組成物。
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