TWI497546B - 一種網狀構造膠態高分子電解質及其製造方法 - Google Patents

一種網狀構造膠態高分子電解質及其製造方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI497546B
TWI497546B TW103101399A TW103101399A TWI497546B TW I497546 B TWI497546 B TW I497546B TW 103101399 A TW103101399 A TW 103101399A TW 103101399 A TW103101399 A TW 103101399A TW I497546 B TWI497546 B TW I497546B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
electrolyte
colloidal
dye
halogen
group
Prior art date
Application number
TW103101399A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201528301A (zh
Inventor
Chun En Tsai
yu cheng Zhou
Original Assignee
Univ Vanung
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 Univ Vanung filed Critical Univ Vanung
Priority to TW103101399A priority Critical patent/TWI497546B/zh
Publication of TW201528301A publication Critical patent/TW201528301A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI497546B publication Critical patent/TWI497546B/zh

Links

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

Description

一種網狀構造膠態高分子電解質及其製造方法
本發明為用於染料敏化太陽能電池(Dye-Sensitized Solar cell,DSSC)之網狀構造膠態電解質及其製法，用以解決液態電解質為主之染料敏化太陽能電池，有封裝不易以及長期使用下電解質會有洩漏的問題。
在90年代瑞士的Michael Gratzel教授研究出一種新型的奈米TiO2 太陽能電池，Michael Gratzel等人又於1991年以高比表面積的奈米級的多孔電極，浸泡於過渡金屬和Os等有機化合物所配置出的染料，來加強Solar cell(太陽能電池)的電極性能，其能量轉換效率能到達10-12%。最值得注意的是DSSC的總製作成本較矽晶太陽能電池成本低，製程簡單以及較容易形成大面積，且可製備成具有可撓性之電池，而具有非常大的潛能。
由於使用以液態電解質為主之染料敏化太陽能電池，有封裝不易以及長期使用下電解質會有洩漏的問題，封裝材料會因UV光的照射下而劣化，而造成穩定性不佳。
一般固態或者是擬固態DSSCs在光電轉換效率上仍舊低於液態電解質。在DSSCs的研究中，聚偏二氟乙烯-共-三氯乙烯(PVDF-HFP)及其衍生物已普遍使用於固化液態電解質。因PVDF-HFP其 中的氟原子擁有較小的離子半徑及高陰電性，預期能提升固態電解質的離子導電度，但其導電效能仍不甚理想，因此有必要開發導性性質更優異之固態或膠態電解質。
先前技術中以乙烯系咪唑單體聚合而成之膠態電解質，皆以單官能之鹵素烷烴或硼氟酸與乙烯系咪唑單體反應再聚合，如此無法形成具有網狀構造之膠態電解質，故無法以獨特之網狀脈絡作為傳導機制，在光電轉換效能上不佳，電解質之機械強度及使用壽命均不足，本發明係針對此問題提出具體之改善，合成具有網狀構造之膠態電解質。
先前技術中以聚二甲基苯並咪唑製備膠態(PDMBI)與擬固態電解質應用於染料敏化太陽能電池，以做為膠態電解質，在經過光電特性的量測後，發現製備出的元件除了具有較長的生命週期與穩定性外，在太陽能電池工作後，元件具有自我優化的效果，在電池工作後，PDMBI產生適度的聚集，使得碘離子得到了具方向性的通道做傳遞，並利用exchange reaction的機制傳遞離子，也因此使得短路電流(Jsc)與光電轉換效率都得到了將近兩倍左右的提昇，經由各種實驗與量測了解其元件特性，最後再經由加入各種添加劑進行優化後，進行測試電池光電轉換效率可達4.98%。
本發明使用雙陰離子化合物，例如：二碘烷烴類(1,10-二碘癸烷、1,5-二碘戊烷及/或1,3-二碘丙烷)來與乙烯系咪唑單體之咪唑懸垂侧基反應後再聚合，可形成具離子型交鏈網狀構造之高分子電解質，以增強薄膜之機械性質及使用壽命，並且具有高密度之導電官能基以網狀脈絡方式的傳導機制傳導，以增進電池效能，達成本發明之目的，獲得性質優異之 膠態電解質，所形成網狀架構具有提升導電的路徑、增加結構穩定，以及使用壽命等優點，此為目前其他膠態電解質所沒有的特點。
本發明之一種網狀構造膠態電解質，如下列一般式(I)之乙烯系咪唑單體與一般式(Ⅱ)之雙陰離子化合物反應後再聚合，製備膠態電解質， 其中，m為0~10整數，其中，R為選自H原子、鹵素原子、經鹵素取代或未經取代之C1 ~C6 烷基、經鹵素取代或未經取代之C5 ~C20 芳香基或雜芳基； 其中，n為1~30整數，X1 、X2 分別為鹵素，選自F、Cl、Br、I。
本發明之網狀構造膠態電解質，其中，一般式(I)之乙烯系咪唑單體除與一般式(Ⅱ)之雙陰離子化合物反應外，可部分與選自一般式(Ⅲ)、或HBF4 或其混合物之其他陰離子化合物反應，其後再行聚合，一般式(Ⅲ) RX其中，R為C1 ~C20 烷基，X為鹵素，選自F、Cl、Br、I。
本發明之網狀構造膠態電解質，其中一般式(I)之乙烯系咪唑單體與一般式(Ⅱ)之雙陰離子化合物，結構式中之R為H或甲基；m為0 或1；n為3至15較佳。
本發明之式(Ⅲ)之陰離子化合物，可選用例如鹵化甲烷、鹵化乙烷、鹵化丙烷、等C1 ~C20 之鹵烷，較佳為碘烷烴。
本發明之式(Ⅱ)之雙陰離子化合物，可選用例如：二鹵乙烷、二鹵丙烷、二鹵丁烷、二鹵戊烷、二鹵己烷、二鹵庚烷、二鹵辛烷、二鹵壬烷、二鹵癸烷、或其混合物...等C2 ~C32 之二鹵烷烴，較佳為二碘烷烴。
光敏化之染料因照光後躍升至激發態，須由電解質供應電子使其回至基態，達成電池循環，常用之電解質為I3 - 液態電解質，因有封裝不易，易於洩漏之問題，本發明之一具體實施例，採用乙烯系咪唑單體與二碘烷烴反應，利用所含咪唑官能基中之N與碘烷烴反應後再聚合，使電解質交聯具有網狀結構，藉由網狀架構中的碘離子，電荷轉移，提供電子給染料薄膜，以完成DSSC之工作循環。形成網狀架構具有提升導電的路徑、增加結構穩定，以及使用壽命等優點，此為目前其它膠態電解質所沒有的特點。
本發明之網狀構造膠態電解質，其中，進一步包含奈米級TiO2 、碳球、碳管、TiN、AlN及石墨等奈米顆粒作為填充物，以形成膠態高分子電解質複合物，提升DSSCs的光電轉化效率。
本發明之網狀構造膠態電解質，其中，該膠態高分子電解質進一步包含混合離子液體電解質、雙離子電解質、及其它可互容之電解質形成膠態高分子電解質複合物，該雙離子液體電解質、可互容之電解質及安定劑參考中華明國專利97149632號所述。
例如於本發明膠態高分子電解質(PGE)中添加其他電解質，包含：碘化鋰、碘分子之離子液體、及可互容之電解：1-丙基-2,3-二甲基咪唑碘(1-propyl-2,3-dimethylimidazolium iodide,PDMII)、1-丙基-3-甲基咪唑碘(1-propyl-3-methylimidazolium iodide,PMII)、1-乙基-3-甲基咪唑碘(1-ethyl-3-methylimidazolium iodide,EMII)、1,3-二甲基咪唑碘(1,3-dimethylimidazolium iodide,DMII)、1-烯丙基-3-甲基咪唑碘(1-allyl-3-methylimidazolium iodide,AMII)的溶液，濃度0.01克~1克/1克PGE，其它電解質之溶劑選自：乙醇、乙腈、甲氧基乙腈、丙腈、3-甲氧基丙晴(MPN)、碳酸乙酯、碳酸丙酯、碳酸乙烯酯或2-乙基-4-甲基咪唑，溶解上述電解質後，摻混於本發明之電解質，以製備複合膠態高分子電解質。
本發明之膠態高分子電解質，亦可進一步添加安定劑，例如碘化理(LiI)、4-特丁基吡啶(4-tert-butylpyridine,TBP)、N-丁基苯并咪唑(N-butyl benzimidazole,NBB)、和1-甲基苯并咪唑(1-methylbenzimida,NMBI)等於上述之膠態高分子電解質(PGE)中，形成複合高分子電解質，主要作用為安定電解質中的碘，由於4-特-丁基吡啶可以通過吡啶環上的N與TiO2 薄膜表面上不完全配位的Ti配合，阻礙了導帶電子在TiO2 薄膜表面與電解質中I3 - 複合，可明顯提高太陽電池的開路電壓、填充因數和光電轉換效率。
本發明另提供一種染料敏化太陽能電池，其結構如第1圖所示，該染料敏化太陽能電池10，包含：一工作電極20；一對電極40，其位於工作電極之相對一側；以及一電解質成分30，其包含本發明之膠態高分子電解質，該工作電極20包括電極基材21與形成於電極基材21上的氧化物半導體多孔膜22，其中該電極基材21尚包括透明基材21a之材質， 例如玻璃、透明塑膠基板、陶瓷研磨平板、或可撓性透明塑膠膜，而導電層21b包含摻雜錫之氧化銦(tin-doped indium oxide,ITO)、二氧化錫(tin oxide,SnO2 )、摻雜氟之氧化錫(fluorine-doped tin oxide,FTO)或上述之組合。而氧化物半導體多孔膜22包括二氧化鈦(TiO2 )，二氧化錫(SnO2 、氧化鎢(WO3 )、氧化鋅(ZnO)、氧化鈮(Nb2 O5 )，或上述之組合，較佳為二氧化鈦(TiO2 )。
氧化物半導體多孔膜22之作用為吸附光敏化染料，染料敏化劑可選用包含釕(Ru)錯合物(Ruthenium-complex)做為染料，例如：N3染料(Ru(NCS)2 )、N719染料(RuL2 (NCS)2 ：2TBA)、N749(black dye)、C101等。或選自其它有機染料(釕染料歸類為有機金屬錯合物染料)，包括黑米、刺桐、洋紫荊、黃刺玫、有機染料D149(D)、Mercurochrome(M)、Eosin Y(E)、Rose bengal(R)、Coumarin 343(C)、紫質(porphyrin)、酞青(phthalocyanine)或香豆素(coumarin)、或其混合物等，搭配混合兩種以上之染料敏化劑的方式提升效率。對電極40包括一非導體基材上與形成其上之導電膜，例如白金、碳、奈米碳管、奈米碳球、石墨、石墨烯、或類似材料之薄膜於ITO、FTO或類似基材之上。
性質測定
(1)太陽能電池之電壓-電流輸出特性
一般用來評估太陽能電池的性能指標有下列幾項：由一班太陽能檢測器所測得的短路電流密度(Short circuit photocurrent，Jsc )；開路電壓(Open circuit photocurrent，Voc )；填充因子(Fill factor，FF)；電池總效率η%。
短路電流密度 (Jsc )
所謂短路電流為太陽能電池在無負荷的狀態下(R=0)，及外部電路短路 時的輸出電流，它是光電池所能產生之最大光電流。當電子-電洞分離後電子還需要在半導體層中擴散至導電玻璃基材，才能將順利電子導出外電路形成光電流。由此可知，提升Jsc 研究上，必須藉由工作電極半導體材料以及敏化劑上作改良及修飾，才能達到提高太陽能電池的轉效率的目標。
開路電壓 (Voc )
開路電壓即是太陽能電池在負載無限大的狀態下(R→∞)，及外部電流斷路時所量到電壓，它是光電池所能產生之最大電壓。而改善開路電壓可從提高電解質氧化/還原能力方面著手；例如白金對應電極，可以提升I3 - 還原能力催化效能，而降低其過電位。或尋找較佳的電子傳輸材料可以從四方面著手：
1.有效的將氧化態的染料離子還原，以減少電子-電洞再結合率(Recombination rate)
2.減少電解質與TiO2 材料接觸，此即抑制暗電流(dark current)的產生。
3.加速電子在工作電極及對應電極的擴散速度，提升元件的整體光電轉換效率。
4.尋找氧化/還原電位較正的電解質對，以提升太陽能電池的開路電壓。
填充因子(Fill factor，FF)
在光照下的I-V特性曲線中，任何一個工作點的輸出功率密度等於該點的對應電流密度、電壓的乘積，其中一個工作點即是(Vmax 、Jmax )的最大輸出功率密度(Pmax )。最大輸出功率密度即為(Pmax =Vmax xJmax )與Jsc 、Voc 乘積之比，定義為填充因子(FF)，FF則依下列公式(3)計算得到。對於一個好的太陽能電池而言，除了Jsc 、Voc 要高，填充因子(FF)越大越好，當FF值接近100 時為最佳。
Jmax =Imax /A (mAcm-2 ) (1)
Jsc =Isc /A (mAcm-2 ) (2)
此處A為光電極的面積。
電池總效率(Efficiency，η%)
首先定義為太陽能電池電池總效率(η )，依公式(4)：
此處Pin為AM1.5(mW/cm2 )太陽光模擬器光源的照射強度，一般為固定一個太陽光的照度。因此要達到太陽能電池的最佳化，必須要有效的提升Jsc 、Voc 及FF等因子其改善光電效率的主要方向以下兩點：
1.降低暗電流，尋找具有較正確電位的氧化/還原對，有效提升Voc 值。
2.增加染料的吸附量，尋找適當的染料可吸收光譜範圍延伸進入紅外線的染料分子，提升電荷的收集能力，可提升Jsc 值。
本發明之網狀構造電解質組裝成太陽能電池，在太陽光模擬器(Newport,Oriel class A,91160A)下100%(AM 1.5,100mW/cm2 )光照下量測電池光電特性分析，測量光電轉化效率η %。
(2)電解質之導電性質測定
本發明利用電解質量測模組，來測量導電性質。將電解質夾於兩電極間，並用夾具固定，在電極兩邊接上工作電極及參考電極，固定振幅為10mV，掃瞄頻率為1M Hz~1000Hz，溫度30℃下量測薄膜的阻抗值，將膜阻抗數據代入式中以求取離子導電度值。
σ：導電度(S/cm)
d：膜厚(cm)
R：膜阻抗值(Ω)
A：電極面積(cm2 )
10‧‧‧染料敏化太陽能電池
20‧‧‧工作電極
21‧‧‧電極基材
21a‧‧‧透明基材
21b‧‧‧導電層
22‧‧‧氧化物半導體多孔膜
30‧‧‧電解質
40‧‧‧對電極
第1圖本發明之染料敏化太陽能電池其結構示意圖。
以下，根據實施例以詳細說明本發明，但本發明並非僅限於此等。
膠態高分子電解質之製備 實施例1
先取0.37g N-乙烯基咪唑(N-vinylimidazolium)(1M)與將此前驅液再與二碘烷烴類{1g 1,3-二碘丙烷(1,3-Diiodpropane)、1g 1,5-二碘戊烷(1,5-Diiodpentane)、1g 1,10-二碘癸烷(1,10-Diioddecane)}、碘烷烴類{1g碘化乙烷(Iodoethane)}。(用量約略稍大於N-vinylimidazolium之莫耳比)(溶劑，2ml甲醇水溶液，50℃下反應1小時)(IR光譜測定)獲得聚合前驅物單體。
聚合物A：上述反應聚合前驅物單體先與10g碘化鋰(Lithium iodide)：3.75g碘(lodine)：25ml 3-甲氧基丙晴(3-Methoxypropanenitrile，MPN)(0.5莫耳：0.05莫耳：25ml)莫耳比反應1小時、溫度為50℃再以0.007g AIBN為 起始劑(0.01M)使之聚合。反應約16小時/溫度為60℃，即完成1-乙烯基咪唑系離子型膠態電解質。並比較額外添加0.34g 4-特-丁基吡啶(TBP)和0.34g 1-甲基-3-丙基咪唑(1-methyl-3-propylimidazolium,MPI)安定劑、0.1gTiO2 、0.034g奈米碳管(CNT)等之電解質效果。
N-乙烯基咪唑系離子型膠態電解質合成反應示意圖
實施例2
先取0.44g 1-烯丙基咪唑(1-Allylimidazole)(1M)與將此前驅液再與二碘烷烴類{1g1,3-二碘丙烷(1,3-Diiodpropane)、1g 1,5-二碘戊烷(1,5-Diiodpentane)、1g 1,10-二碘癸烷(1,10-Diioddecane)}、碘烷烴類{1g碘化乙烷(Iodoethane)}。(用量約略稍大於1-Allylimidazole之莫耳比)(溶劑，2ml甲醇水溶液，50℃下反應1小時)(IR光譜測定)獲得聚合前驅物單體。
聚合物B：上述反應聚合前驅物單體先與10g碘化鋰(Lithium iodide)：3.75g碘(1odine)：25ml 3-甲氧基丙晴(3-Methoxypropanenitrile，MPN)(0.5莫耳：0.05莫耳：25ml)莫耳比反應1小時、溫度為50℃再以0.008g AIBN為起始劑(0.01莫耳)使之聚合。反應約16小時/溫度為60℃，即完成烯丙基咪唑系離子型膠態電解質。並比較額外添加0.34g 4-特-丁基吡啶(TBP)和0.34g 1-甲基-3-丙基咪唑(1-methyl-3-propylimidazolium,MPI)等安定劑、0.1g TiO2 、0.034g奈米碳管(CNT)等之電解質效果。
實施例3
先取0.37g N-乙烯基咪唑(N-vinylimidazolium)(1莫耳)與0.42g HBF4 及二碘烷烴類{1g 1,3-二碘丙烷(1,3-Diiodpropane)、1g 1,5-二碘戊烷(1,5-Diiodpentane)、1g 1,10二碘癸烷(1,10-Diioddecane)}、碘烷烴類{1g碘化乙烷(Iodoethane)}。(合起來用量約略稍大於N-vinylimidazolium之莫耳比)(溶劑，2ml甲醇水溶液，50℃下反應1小時)(IR光譜測定)獲得聚合前驅物單體。
聚合物B：上述反應聚合前驅物單體先與10g碘化鋰(Lithium iodide)： 3.75g碘(1odine)：25ml 3-甲氧基丙晴(3-Methoxypropanenitrile，MPN)(0.5莫耳：0.05莫耳：25ml)反應1小時、溫度為50℃再以0.007g AIBN為起始劑(0.01莫耳)使之聚合。反應約16小時/溫度為60℃(莫耳比，即完成1-乙烯基咪唑-氟硼酸系離子型膠態電解質。並比較額外添加0.34g 4-特-丁基吡啶(TBP)和0.34g 1-甲基-3-丙基咪唑(1-methyl-3-propylimidazolium,MPI)等安定劑、0.1g TiO2 、0.034g奈米碳管(CNT)等之電解質效果。
比較例1
電解質為LiPF6 溶於(碳酸乙酯/碳酸丙酯)之溶劑配成1M之LiPF6 離子溶液，進行測試。
比較例2
膠態高分子電解質(PGE)改為Poly(methyl methacrylate-co-methacrylate acid)/poly(ethylene glycol)[P(MMA-co-MAA)/PEG]，添加KI/I2 之三甲氧基丙腈(3-methoxypropionitrile,MPN)溶液，製成GEL：I(KI/I2 )=10：1之膠態高分子電解質，進行測試。
比較例3
聚二甲基苯並咪唑製備膠態(PDMBI)，經由加入各種添加劑進行優化後，進行測試。
染料敏化劑可選用N719釕有機金屬錯合物(Ruthenium-complex)做為染料進行實驗。
光電極層製作
取1g Titanium(IV)n-butoxide加入n-Butanol 5ml加入反應瓶內放入磁石常溫下攪拌30分鐘，即完成緻密層溶液。
取40g TiO2 粉末、4g PEG 400、0.3g非離子界面活性劑(Triton X-100)、1.2g 2,4-Pentanedione置入燒杯內(TiO2 ：solvent=40：100wt.%控制在Solid/Liquid=40wt.%)溶於100毫升D.I water，以磁石在常溫下攪拌24小時，轉速為950rpm，即完成TiO2 層漿料的製備工作。
先將ITO-glass切割成0.75cm x0.75cm後，放至於一個乾淨的表面，用三用電表測試導電面再以甲醇、水清洗其表面，置入烘箱內烘乾後，使用3M的隱形膠帶固定ITO-glass有效工作面積為0.5cm x0.5cm，將無鍍導電面的玻璃表面遮蔽住，可藉此固定緻密層塗抹面和TiO2 塗抹面與膜厚的控制(膠帶的厚度約在60μm)，緻密層溶液塗佈至ITO-glass上，乾燥後放入高溫爐內，在450℃下鍛燒30分鐘，即完成光電極緻密層。取適量的TiO2 層漿料塗佈至ITO-glass導電面上，約五~十分鐘的時間讓表面自然乾燥，即可撕去隱形膠帶，得到一個固定大小的TiO2 膜，其TiO2 厚度約為5.5μm放入高溫烘箱內，以80℃乾燥20分鐘、120℃烘烤20分鐘、450℃鍛燒30分鐘重複四個循環，總厚度約20~22μm，染料N719dye(Ruhenate(4-),bis[[2,2'-bipyridine]-4,4'-dicarboxylato(2-)-kN1,kN1']bis(thiocyanato-kN)-,hydrogen(1：4))，配置時酒精為溶液濃度為0.3mM。將製備好的TiO2 膜電極放置烘箱中，120℃ 2分鐘，浸泡於N719dye溶液內，浸至溫度為室溫24小時，將TiO2 膜電極取出後用酒精沖洗，至入乾燥箱內，將即完成DSSCs『光電極層』。
對電極層製作
將奈米碳管與聚乙二醇以0.1g：1ml條件進行混合，置入燒杯內以磁石在常溫下攪拌1小時即完成對電極溶液。
先將將ITO-glass切割成0.75cm x0.75cm後用三用電表測試導電面再以甲醇、水清洗其表面，置入烘箱內烘乾後，用3M的隱形膠帶固定ITO-glass有效工作面積為0.5cm x0.5cm，塗佈『對電極溶液』，乾燥後置入高溫爐內，200℃烘烤30分鐘、300℃鍛燒30分鐘，即完成『對電極層』。
DSSCs組裝步驟如下
1、使用ITO-glass為基材，將在製備完成的二氧化鈦光電極與奈米碳管對電極組成單一染料敏化太陽能電池。
2、在奈米碳管對電極鑽兩的小孔洞，作為注入電解質注入孔之用。
3、在兩電極元件中使用厚度為30μm的熱熔膠，主要是為了使電解質能夠充足於兩電極間，且有效能間隔二氧化鈦光電極與奈米碳管對電極，避免兩電極直接互相接觸而導致短路的情況發生。
4、使用DSSC封裝機加熱使熱熔膠溶解(150℃，1分鐘)將兩電極封裝固定後，再從原先預留的小孔洞用溶量為1ml的針筒取適量電解質注入電池中，使電解質充滿兩電極之間。最後將預留的小孔用熱熔膠封合，即完成染料敏化太陽能電池封裝作業。
光電轉化效率與導電度測試
在太陽光模擬器下100%(AM 1.5,100mW/cm2 )光照下量測電池光電特性分析，測量光電轉化效率η %與導電度數值顯示於下表1~3。
產業上之可利用性
本發明之膠態高分子電解質所組成之染料敏化太陽能電池之光電轉 化效率約5~7%以上，與習知之離子液體所組成之染料敏化太陽能電池之光電轉化效率相當甚或較優異。
本發明之膠態高分子電解質材料應具有優異的電子傳導性及易於封裝、免於洩漏之特性，能改善前兩點之缺點，因此，能提供高效率的染料敏化太陽能電池，及其於各種太陽能電池等之應用。
雖然本發明以數個較佳實施例揭露如上，然其非用以限制本發明，任何在所屬技術領域中具有通常知識者，於不脫離本發明之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧染料敏化太陽能電池
20‧‧‧工作電極
21‧‧‧電極基材
21a‧‧‧透明基材
21b‧‧‧導電層
22‧‧‧氧化物半導體多孔膜
30‧‧‧電解質
40‧‧‧對電極

Claims (10)

  1. 一種網狀構造膠態電解質，由如下列一般式(I)之乙烯系咪唑單體與一般式(Ⅱ)之雙陰離子化合物反應後再聚合，製備網狀構造膠態電解質， 其中，m為0~10整數，其中，R為選自H原子、鹵素原子、經鹵素取代或未經取代之C1 ~C6 烷基、經鹵素取代或未經取代之C5 ~C20 芳香基或雜芳基； 其中，n為1~30整數，X1 、X2 分別為鹵素，選自F、Cl、Br、I。
  2. 如申請專利範圍第1項之網狀構造膠態電解質，其中，一般式(I)之乙烯系咪唑單體除與一般式(Ⅱ)之雙陰離子化合物反應外，部分之乙烯系咪唑單體可與選自一般式(Ⅲ)、或HBF4 或其混合物之陰離子化合物反應，其後再行聚合，一般式(Ⅲ)R1 X其中，R1 為C1 ~C20 烷基，X為鹵素，選自F、Cl、Br、I。
  3. 如申請專利範圍第1、2項之網狀構造膠態電解質，其中，R為H或甲基；m為0或1；n為3至15。
  4. 如申請專利範圍第1、2項之網狀構造膠態電解質，其中，進一步包含選自 奈米級TiO2 、碳球、碳管、TiN、AlN及石墨之奈米顆粒作為填充 物，以形成膠態高分子電解質複合物，提升DSSCs的光電轉化效率。
  5. 如申請專利範圍第1、2項之網狀構造膠態電解質，其中，進一步包含安定劑，可選自4-特丁基吡啶、碘化理(LiI)、4-特丁基吡啶、N-丁基苯并咪唑、及1-甲基苯并咪唑或上述之混合物。
  6. 如申請專利範圍第1、2項之網狀構造膠態電解質，其中，該膠態高分子電解質進一步包含混合離子液體電解質、雙離子電解質、及其它可互容之電解質形成膠態高分子電解質複合物，選自：碘分子/碘化鋰、1-丙基-2,3-二甲基咪唑碘、1-丙基-3-甲基咪唑碘、1-乙基-3-甲基咪唑碘、1,3-二甲基咪唑碘、1-烯丙基-3-甲基咪唑碘的溶液。
  7. 一種製備申請專利範圍第1~6項所述之網狀構造膠態電解質之方法，係由下列一般式(I)之乙烯系咪唑單體與一般式(Ⅱ)之雙陰離子化合物在溶劑下進行反應，之後再加入起始劑進行聚合，製備膠態電解質， 其中，m為0~10整數，其中，R為選自H原子、鹵素原子、經鹵素取代或未經取代之C1 ~C6 烷基、經鹵素取代或未經取代之C5 ~C20 芳香基或雜芳基； 其中，n為1~30整數，X1 、X2 分別為鹵素，選自F、Cl、Br、I。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，進一步添加其他電解質、安定劑、以及奈米級TiO2 、碳球、碳管、TiN、AlN及石墨之奈米顆粒作為填充物。
  9. 一種染料敏化太陽能電池，其包含：一工作電極；一對電極，其位於工作電極之相對一側；以及一電解質成分，該工作電極包含電極基材與形成於電極基材上的氧化物半導體多孔膜，用以吸附染料，其特徵在於該電解質成分包含如申請專利範圍第1至6項中任一項之網狀構造膠態電解質或如申請專利範圍第7至8項中任一項之方法所獲得之網狀構造膠態電解質者。
  10. 如申請專利範圍第9項之染料敏化太陽能電池，其中，該電極基材，包含透明基材及導電層，透明基材選自：玻璃、透明塑膠基板、陶瓷研磨平板、或可撓性透明塑膠膜；該導電層包含選自摻雜錫之氧化銦(tin-doped indium oxide,ITO)、二氧化錫(tin oxide,SnO2 )、摻雜氟之氧化錫(fluorine-doped tin oxide,FTO)或上述之組合；對電極包括一非導體基材上與形成其上之導電膜，該導電膜選自白金、碳、石墨、石墨烯材料之薄膜於ITO、FTO或玻璃基材上；其中，該氧化物半導體多孔膜選自包含：二氧化鈦(TiO2 )、二氧化錫(SnO2 、氧化鎢(WO3 )、氧化鋅(ZnO)、氧化鈮(Nb2 O5 )，或上述之組合；其中，染料敏化劑選自：N3染料(Ru(NCS)2 )、N719染料(RuL2 (NCS)2 ：2TBA)、N749染料(black dye)等釕錯合物、或其它有機染料選自：黑米、刺桐、洋紫荊、黃刺玫、紫質(porphyrin)、酞青(phthalocyanine)、香豆素(coumarin)、或上述之組合。
TW103101399A 2014-01-15 2014-01-15 一種網狀構造膠態高分子電解質及其製造方法 TWI497546B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW103101399A TWI497546B (zh) 2014-01-15 2014-01-15 一種網狀構造膠態高分子電解質及其製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW103101399A TWI497546B (zh) 2014-01-15 2014-01-15 一種網狀構造膠態高分子電解質及其製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201528301A TW201528301A (zh) 2015-07-16
TWI497546B true TWI497546B (zh) 2015-08-21

Family

ID=54198377

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103101399A TWI497546B (zh) 2014-01-15 2014-01-15 一種網狀構造膠態高分子電解質及其製造方法

Country Status (1)

Country Link
TW (1) TWI497546B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102576902A (zh) * 2009-10-21 2012-07-11 国立大学法人京都大学 使用含有聚合物复合微粒的高分子固体电解质的电化学器件
TW201333121A (zh) * 2011-12-28 2013-08-16 Adeka Corp 染料敏化太陽能電池
TW201400552A (zh) * 2012-03-30 2014-01-01 Nippon Kayaku Kk 色素敏化光電轉換元件

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102576902A (zh) * 2009-10-21 2012-07-11 国立大学法人京都大学 使用含有聚合物复合微粒的高分子固体电解质的电化学器件
TW201333121A (zh) * 2011-12-28 2013-08-16 Adeka Corp 染料敏化太陽能電池
TW201400552A (zh) * 2012-03-30 2014-01-01 Nippon Kayaku Kk 色素敏化光電轉換元件

Also Published As

Publication number Publication date
TW201528301A (zh) 2015-07-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Benesperi et al. The researcher's guide to solid-state dye-sensitized solar cells
JP5404058B2 (ja) イオン性液体電解質
Feldt et al. Design of organic dyes and cobalt polypyridine redox mediators for high-efficiency dye-sensitized solar cells
Gao et al. Enhance the optical absorptivity of nanocrystalline TiO2 film with high molar extinction coefficient ruthenium sensitizers for high performance dye-sensitized solar cells
JP5023866B2 (ja) 色素増感光電変換素子およびその製造方法ならびに電子機器
Freitag et al. The revival of dye-sensitized solar cells
Venkatesan et al. Quasi-solid-state dye-sensitized solar cells for efficient and stable power generation under room light conditions
Venkatesan et al. Indoor dye-sensitized solar cells with efficiencies surpassing 26% using polymeric counter electrodes
Shah et al. A stable gel electrolyte based on poly butyl acrylate (PBA)-co-poly acrylonitrile (PAN) for solid-state dye-sensitized solar cells
Fukuri et al. Electron transport analysis for improvement of solid-state dye-sensitized solar cells using poly (3, 4-ethylenedioxythiophene) as hole conductors
Lin et al. Metal-free efficient dye-sensitized solar cells based on thioalkylated bithiophenyl organic dyes
JP2009269987A (ja) 新規化合物、光電変換素子及び太陽電池
Jiao et al. Development of rapid curing SiO2 aerogel composite-based quasi-solid-state dye-sensitized solar cells through screen-printing technology
Cheema et al. Harnessing photovoltage: Effects of film thickness, TiO2 nanoparticle size, MgO and surface capping with DSCs
Jilakian et al. Eco-friendly aqueous dye-sensitized solar cell with a copper (I/II) electrolyte system: efficient performance under ambient light conditions
JP6055815B2 (ja) 色素増感太陽電池の製造方法
Sonigara et al. Augmentation in photocurrent through organic ionic plastic crystals as an efficient redox mediator for solid-state mesoscopic photovoltaic devices
Almenningen et al. Synthetic efforts to investigate the effect of planarizing the triarylamine geometry in dyes for dye-sensitized solar cells
JP5535718B2 (ja) 複合体、光電極、色素増感型太陽電池及び色素増感型太陽電池モジュール
Kamaraj et al. Performance of 4-Subsituted Pyridine Based Additive and Cobalt Redox in Poly (ethylene glycol)–Hydroxyethylcellulose Polymer Electrolytes with DTTCY Acid Sensitizer on Dye Sensitized Solar Cells
JP5233318B2 (ja) 光電変換素子及び太陽電池
KR101551074B1 (ko) 피리딘계 첨가제가 함유된 장기안정성 고체상 염료감응 태양전지
TWI497546B (zh) 一種網狀構造膠態高分子電解質及其製造方法
Kim et al. Cobalt-based electrolytes for efficient flexible dye-sensitized solar cells
Yue et al. Flexible solar cells based on PCBM/P3HT heterojunction

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees