一種染料敏化太陽能電池用凝膠電解質(zhì)及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及染料敏化太陽能電池，特指一種染料敏化太陽能電池用凝膠電解質(zhì)及其制備方法，其特征在于：凝膠電解質(zhì)組分按照質(zhì)量比為：功能化石墨烯∶離子型聚合物∶離子液體∶叔丁基吡啶∶碘單質(zhì)∶雙三氟甲磺酸酰亞胺鋰=0.5-20∶10-50∶50-90∶0.5-5∶0.02-10∶0.02-10。經(jīng)過離子液體修飾的氧化石墨烯能夠很好的分散在電解質(zhì)內(nèi)部，提高電解質(zhì)的性能，從而提高DSSC的光電轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明制備的凝膠電解質(zhì)不含有任何傳統(tǒng)的有毒溶劑，價廉易得，容易封裝，電池的穩(wěn)定性好，電池效率高。電池組裝程序少，成本低。在室溫環(huán)境，使用氙燈模擬太陽光，光強100mW/cm2條件下，測得電池（有效面積0.16cm2）光電轉(zhuǎn)換效率最高為7.9%。
【專利說明】一種染料敏化太陽能電池用凝膠電解質(zhì)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及染料敏化太陽能電池，特指一種染料敏化太陽能電池用凝膠電解質(zhì)及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]染料敏化太陽能電池(DSSC)具有高效率、低成本等優(yōu)點，是最有前景的一類太陽能電池；DSSC是由二氧化鈦多孔膜、光敏化劑(染料)、電解質(zhì)(含氧化還原電對)、鉬對電極及導電基板組成的夾層結(jié)構(gòu)，其中，電解質(zhì)是DSSC的核心組成部分，主要起傳輸氧化還原對的作用，電解質(zhì)的性能直接影響太陽能電池效率。
[0003]DSSC用電解質(zhì)主要包括以下幾類:液態(tài)電解質(zhì)、準固態(tài)電解質(zhì)(凝膠電解質(zhì))、固態(tài)電解質(zhì)；傳統(tǒng)的液態(tài)電解質(zhì)包一般含有無機或有機碘化物、碘、添加劑以及有機溶劑等，由于具有電導率高，離子擴散速度快，對多孔光陽極滲透性好等優(yōu)點，液態(tài)電解質(zhì)DSSC被廣泛研究；然而，傳統(tǒng)的有機溶劑液體電解質(zhì)存在易揮發(fā)、封裝難、穩(wěn)定性差、毒性大及染料易解吸附等缺點，這些缺點限制了 DSSC的長期使用[Adv.Mater., 2001, 13，11，826-830]。
[0004]中國發(fā)明專利CN 101205283A公開了一種凝膠型電解質(zhì)及其制備方法，電解質(zhì)由單質(zhì)碘、聚甲基丙烯酸酯類離子液體、聚丙烯腈、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯以及SiO2組成；該電解質(zhì)制備方法簡單，離子電導率高，并且聚合物的引入使得電解質(zhì)形成凝膠在一定程度上抑制了碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯等有機溶劑的滲漏，但是仍然不可避免碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯的揮發(fā)，造成電池性能的下降。
[0005]離子液體(IL)具有低蒸氣壓、寬電化學窗口、高熱穩(wěn)定性以及高電導率等優(yōu)點是一種良好的電解質(zhì)材料，以離子液體代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有機溶劑制備液態(tài)電解質(zhì)DSSC，可以解決傳統(tǒng)溶劑易揮發(fā)的難題，然而離子液體依然呈現(xiàn)液態(tài)，以離子液體為電解質(zhì)的DSSC依然存在封裝困難，長時間使用容易滲漏的難題。
[0006]中國發(fā)明專利CN101635200A公開了一種染料敏化太陽能電池電解質(zhì)及其制備方法:將聚合型離子液體、非聚合型離子液體、離子液體交聯(lián)劑和引發(fā)劑混合均勻后通過原位聚合制備準固態(tài)聚合物凝膠電解質(zhì)，該方法制備的凝膠電解質(zhì)黏結(jié)能力強，易于封裝，簡化了電池組裝程序。然而，電池的光電轉(zhuǎn)換效率有待進一步提高。
[0007]向基于離子液體的電解質(zhì)中添加無機納米材料有助于電解質(zhì)內(nèi)部形成連續(xù)傳輸離子的網(wǎng)絡通道(Chem.Mater.2010, 22，1807 - 1813)，有助于提高電解質(zhì)的電導率，石墨烯及其衍生物是一類新型的碳納米材料，由于其獨特的電學性能，在DSSC領(lǐng)域具有極大的應用前景，氧化石墨烯(GO)是石墨烯的衍生物，表面含有多種反應性基團，雖然在水中具有很好的分散性，但是在有機溶劑中分散性差以及熱穩(wěn)定性較低的缺陷限制了其在聚合物凝膠電解質(zhì)等有機體系中的應用，對其進行合理的功能化修飾，有助于充分發(fā)揮其性能。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本發(fā)明提供了一種基于離子液體修飾氧化石墨烯/離子液體復合型凝膠電解質(zhì)及其制備方法，用于染料敏化太陽能電池。
[0009]本發(fā)明針對上述問題所采用解決方案:染料敏化太陽能電池用凝膠電解質(zhì)，其特征在于:組分按照質(zhì)量比為:離子液體修飾氧化石墨烯:離子型聚合物:離子液體:叔丁基吡啶=0.5-20:10-50:50-90:0.5-5。
[0010]進一步的染料敏化太陽能電池用凝膠電解質(zhì)，其特征在于:組分按照質(zhì)量比為:離子液體修飾氧化石墨烯:離子型聚合物:離子液體:叔丁基吡啶:碘單質(zhì)=0.5-20:10-50:50-90:0.5-5:0.02-10。
[0011]進一步的染料敏化太陽能電池用凝膠電解質(zhì)，其特征在于:組分按照質(zhì)量比為:離子液體修飾氧化石墨烯:離子型聚合物:離子液體:叔丁基吡啶:雙三氟甲磺酸酰亞胺鋰:0.5-20:10-50:50-90 ；0.5-5:0.02-10。
[0012]進一步的染料敏化太陽能電池用凝膠電解質(zhì)，其特征在于:組分按照質(zhì)量比為:離子液體修飾氧化石墨烯:離子型聚合物:離子液體:叔丁基吡啶:碘單質(zhì):雙三氟甲磺酸酰亞胺鋰:0.5-20:10-50:50-90:0.5-5:0.02-10:0.02-10。
[0013]所述的的離子液體修飾功能氧化石墨烯(制備方法參照Chem.Commun., 2009,3880 - 3882)的結(jié)構(gòu)為:
【權(quán)利要求】
1.一種染料敏化太陽能電池用凝膠電解質(zhì)，其特征在于:組分按照質(zhì)量比為:離子液體修飾氧化石墨烯:離子型聚合物:離子液體:叔丁基吡啶=0.5-20:10-50:50-90:0.5-5。
2.如權(quán)利要求1所述的一種染料敏化太陽能電池用凝膠電解質(zhì)，其特征在于:組分按照質(zhì)量比為:離子液體修飾氧化石墨烯:離子型聚合物:離子液體:叔丁基吡啶:碘單質(zhì)=0.5-20:10-50:50-90:0.5-5:0.02-10。
3.如權(quán)利要求1所述的一種染料敏化太陽能電池用凝膠電解質(zhì)，其特征在于:組分按照質(zhì)量比為:離子液體修飾氧化石墨烯:離子型聚合物:離子液體:叔丁基吡啶:雙三氟甲磺酸酰亞胺鋰:0.5-20:10-50:50-90 ；0.5-5:0.02-10。
4.如權(quán)利要求1所述的一種染料敏化太陽能電池用凝膠電解質(zhì)，其特征在于:組分按照質(zhì)量比為:離子液體修飾氧化石墨烯:離子型聚合物:離子液體:叔丁基吡啶:碘單質(zhì):雙三氟甲磺酸酰亞胺鋰:0.5-20:10-50:50-90:0.5-5:0.02-10:0.02-10。
5.如權(quán)利要求1所述的一種染料敏化太陽能電池用凝膠電解質(zhì)，其特征在于:所述的的離子液體修飾功能氧化石墨烯的結(jié)構(gòu)為:
6.如權(quán)利要求1所述的一種染料敏化太陽能電池用凝膠電解質(zhì)，其特征在于:所述的
7.如權(quán)利要求1所述的一種染料敏化太陽能電池用凝膠電解質(zhì)，其特征在于:所述的離子液體為中的一種或二種以上按任意質(zhì)量比的混合物，其中s=0-5，Z為
8.如權(quán)利要求1所述的一種染料敏化太陽能電池用凝膠電解質(zhì)的制備方法，其特征在于:將離子液體修飾功能氧化石墨烯與離子型聚合物、離子液體、叔丁基吡啶按照所述比例混合，或?qū)㈦x子液體修飾功能氧化石墨烯與離子型聚合物、離子液體、叔丁基吡啶和碘單質(zhì)按照所述比例混合，或?qū)㈦x子液體修飾功能氧化石墨烯與離子型聚合物、離子液體、叔丁基吡啶和雙三氟甲磺酸酰亞胺鋰按照所述比例混合，或?qū)㈦x子液體修飾功能氧化石墨烯與離子型聚合物、離子液體、叔丁基吡啶、碘單質(zhì)和雙三氟甲磺酸酰亞胺鋰按照所述比例混合，在6(T120°C溫度下，密閉攪拌溶解2~12個小時，形成均勻凝膠電解質(zhì)，趁熱滴到或注射到光陽極染料二氧化鈦膜與Pt電極之間，通過加熱、抽真空處理使得凝膠電解質(zhì)完全滲 透到二氧化鈦膜多孔膜中，再進行封裝制得準固態(tài)全離子液體凝膠太陽能電池。
【文檔編號】H01G9/028GK103489645SQ201310389038
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月2日
【發(fā)明者】丁建寧, 尚慧, 袁寧一, 林本才, 儲富強 申請人:常州大學