專利名稱：染料敏化納米晶太陽能電池用電解質(zhì)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于染料敏化納米晶太陽能電池的電解質(zhì)及其制備方法，屬于新材料技術(shù)以及新能源技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
染料敏化納米晶太陽能電池是九十年代開發(fā)出的一種新型化學太陽能電池，因其具有較低的成本、簡便的制備工藝以及較好的環(huán)境相容性而具有很好的應(yīng)用前景。但是目前用于染料敏化納米晶太陽能電池的電解質(zhì)為液體電解質(zhì)，其封裝工藝復(fù)雜，且液體電解質(zhì)易泄漏揮發(fā)，導(dǎo)致其壽命較短，使染料敏化納米晶太陽能電池無法實現(xiàn)實用化。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有良好性能的電解質(zhì)及其制備方法，使其可以取代染料敏化納米晶太陽能電池的液體電解質(zhì)，從而為染料敏化納米晶太陽能電池的實用化奠定良好的基礎(chǔ)。
本發(fā)明技術(shù)方案是這樣的本發(fā)明的染料敏化納米晶太陽能電池用電解質(zhì)為以多羥基聚合物為基體材料，附以有機電子供體劑，通過在一定條件下改性接枝反應(yīng)形成具有一定導(dǎo)電性能的高聚物，再加入適當?shù)臒o機電解質(zhì)而制備出的具有高導(dǎo)電性的高分子凝膠電解質(zhì)。
其制法為
第一步，有機電子供體劑的純化將市售分析純度的有機電子供體劑蒸餾去除聚合體。
第二步，導(dǎo)電高聚物的制備取市售具有一定聚合度和分子量的多羥基聚合物，按照多羥基聚合物有機電子供體劑為1∶1～5∶1的重量比，在80-90℃的水浴中加入一定催化劑反應(yīng)不少于3小時，使其成為均一透明的基體，隨后升高溫度到90℃～100℃使多余的有機電子供體劑揮發(fā)，直到聞不到有機電子供體劑的氣味為止，冷卻即得導(dǎo)電高聚物基體。
第三步，無機鹽電解質(zhì)摻雜在80-90℃下將適量的無機鹽電解質(zhì)以及氧化還原電對加入到第二步所制備的導(dǎo)電高聚物基體中，使無機鹽電解質(zhì)在導(dǎo)電聚合物的摩爾濃度為1.0～2.0mol/l，氧化還原電對I-/I3-的摩爾濃度為1.0～2.0mol/l和0.1～0.2mol/l，不斷攪拌使無機鹽和氧化還原電對完全溶解，在此溫度下保溫12小時以上，使無機鹽電解質(zhì)與導(dǎo)電高聚物基體充分反應(yīng)，直到形成均一的凝膠電解質(zhì)。
包括第四步，凝膠電解質(zhì)的陳化和純化將上述第三步制備的凝膠電解質(zhì)在90-100℃保溫24小時以上，其間不斷攪拌，以使凝膠電解質(zhì)均一，上述無機鹽在其間完全溶劑化與上述導(dǎo)電高聚物基體結(jié)合，以便獲得具有與液體電解質(zhì)相同的性能的，并具有高的穩(wěn)定性和長的使用壽命的高分子凝膠電解質(zhì)，將高分子凝膠電解質(zhì)冷卻后密閉保存以待用。
上述多羥基聚合物為聚乙二醇。
上述多羥基聚合物為聚乙烯醇。
上述有機電子供體劑為苯胺。
上述有機電子供體劑為丙烯碳酸酯。
上述有機電子供體劑為乙烯碳酸酯。
本發(fā)明中，聚乙二醇分子內(nèi)具有一定數(shù)量的羥基，在適宜的條件下會與苯胺發(fā)生接枝反應(yīng)，形成的導(dǎo)電高聚物在無機電解質(zhì)摻雜下會獲得很高的電導(dǎo)率，同時會保持液體電解質(zhì)的某些性質(zhì)，易于離子的遷移和輸運。無機鹽的加入以及與導(dǎo)電高聚物的溶劑化作用形成有機-無機復(fù)合物，這增加了導(dǎo)電高聚物內(nèi)離子濃度，同時也形成了易于離子遷移的通道。引入的氧化還原電對使其可以應(yīng)用到染料敏化納米晶太陽能電池。
本發(fā)明聚乙二醇/苯胺高分子凝膠電解質(zhì)在應(yīng)用到染料敏化納米晶太陽能電池后具有與液體電解質(zhì)相同的性能，且其具有較高的導(dǎo)電性，較高的穩(wěn)定性，以及較長的使用壽命。解決了因使用液體電解質(zhì)而造成的封裝工藝困難，以及由液體電解質(zhì)易泄漏揮發(fā)而造成壽命短的缺點，使染料敏化納米晶太陽能電池的實用化成為可能。此外其在固態(tài)二次電池、電致發(fā)光、電致變色和傳感器等領(lǐng)域也有很廣泛的應(yīng)用。
具體實施例方式
實施例1本發(fā)明染料敏化納米晶太陽能電池用電解質(zhì)，為以聚乙二醇為基體材料，附以苯胺通過在一定條件下改性接枝反應(yīng)形成具有一定導(dǎo)電性能的高聚物，再加入適當?shù)腖iClO4而制備出的具有高導(dǎo)電性的聚乙二醇/苯胺高分子凝膠電解質(zhì)。
下面為本發(fā)明實施例1的具體實施步驟第一，苯胺的純化采用分析純苯胺單體，經(jīng)蒸餾除去聚合體。
第二，聚乙二醇/苯胺高聚物的制備按聚乙二醇苯胺為1∶1的重量比，在80℃的水浴中將聚乙二醇加入到苯胺中，充分攪拌使其完全溶解，加入適量的催化劑。在此溫度下不斷攪拌，反應(yīng)3小時。隨后升高溫度到100℃使多余的苯胺揮發(fā)，直到聞不到苯胺的氣味為止，冷卻即得聚乙二醇/苯胺高聚物基體。
第三，LiClO4摻雜在80℃下加入LiClO4和氧化還原電對(I2、I3-)，使LiClO4在聚乙二醇/苯胺導(dǎo)電聚合物基體的摩爾濃度為1.0mol/l，氧化還原電對I-/I3-的摩爾濃度為1.0mol/l和0.1mol/l。不斷攪拌使LiClO4和氧化還原電對(I2、I3-)完全溶解，隨后保溫12小時以上。直到形成均一的聚乙二醇/苯胺高分子凝膠電解質(zhì)。
第四，聚乙二醇/苯胺高分子凝膠電解質(zhì)的陳化和純化將步驟三制備好的聚乙二醇/苯胺高分子凝膠電解質(zhì)在100℃保溫24小時以上，其間不斷攪拌，以使聚乙二醇/苯胺高分子凝膠電解質(zhì)均一，LiClO4在其間完全溶劑化與聚乙二醇/苯胺高聚物基體結(jié)合，便獲得電導(dǎo)率達到10mS，具有與液體電解質(zhì)相同的性能的，并具有高的穩(wěn)定性和長的使用壽命的聚乙二醇/苯胺高分子凝膠電解質(zhì)，將高分子凝膠電解質(zhì)冷卻后密閉保存以待用。
實施例2本發(fā)明染料敏化納米晶太陽能電池用電解質(zhì)，為以聚乙烯醇為基體材料，附以苯胺通過在一定條件下改性接枝反應(yīng)形成具有一定導(dǎo)電性能的高聚物，再加入適當?shù)腖iClO4而制備出的具有高導(dǎo)電性的聚乙烯醇/苯胺高分子凝膠電解質(zhì)。
下面為本發(fā)明實施例2的具體實施步驟第一，苯胺的純化采用分析純苯胺單體，經(jīng)蒸餾除去聚合體。
第二，聚乙烯醇/苯胺高聚物的制備按聚乙烯醇苯胺為1∶1的重量比，在80℃的水浴中將聚乙烯醇加入到苯胺中，充分攪拌使其完全溶解，加入適量的催化劑。在此溫度下不斷攪拌，反應(yīng)3小時。隨后升高溫度到100℃使多余的苯胺揮發(fā)，直到聞不到苯胺的氣味為止，冷卻即得聚乙烯醇/苯胺高聚物基體。
第三，LiClO4摻雜在80℃下加入LiClO4和氧化還原電對(I2、I3-)，使LiClO4在聚乙烯醇/苯胺導(dǎo)電聚合物基體的摩爾濃度為1.0mol/l，氧化還原電對I-/I3-的摩爾濃度為1.0mol/l和0.1mol/l。不斷攪拌使LiClO4和氧化還原電對(I2、I3-)完全溶解，隨后保溫12小時以上。直到形成均一的聚乙烯醇/苯胺高分子凝膠電解質(zhì)。
第四，聚乙烯醇/苯胺高分子凝膠電解質(zhì)的陳化和純化將步驟三制備好的聚乙烯醇/苯胺高分子凝膠電解質(zhì)在100℃保溫24小時以上，其間不斷攪拌，以使聚乙烯醇/苯胺高分子凝膠電解質(zhì)均一，LiClO4在其間完全溶劑化與聚乙烯醇/苯胺高聚物基體結(jié)合，便獲得電導(dǎo)率達到10mS，具有與液體電解質(zhì)相同的性能的，并具有高的穩(wěn)定性和長的使用壽命的聚乙烯醇/苯胺高分子凝膠電解質(zhì)，將高分子凝膠電解質(zhì)冷卻后密閉保存以待用。
實施例3本發(fā)明染料敏化納米晶太陽能電池用電解質(zhì)，為以聚乙二醇為基體材料，附以丙烯碳酸酯通過在一定條件下改性接枝反應(yīng)形成具有一定導(dǎo)電性能的高聚物，再加入適當?shù)腖iClO4而制備出的具有高導(dǎo)電性的聚乙二醇/丙烯碳酸酯高分子凝膠電解質(zhì)。
下面為本發(fā)明實施例3的具體實施步驟第一，丙烯碳酸酯的純化采用分析純丙烯碳酸酯單體，經(jīng)蒸餾除去聚合體。
第二，聚乙二醇/丙烯碳酸酯高聚物的制備按聚乙二醇丙烯碳酸酯為11的重量比，在80℃的水浴中將聚乙二醇加入到丙烯碳酸酯中，充分攪拌使其完全溶解，加入適量的催化劑。在此溫度下不斷攪拌，反應(yīng)3小時。隨后升高溫度到100℃使多余的丙烯碳酸酯揮發(fā)，直到聞不到丙烯碳酸酯的氣味為止，冷卻即得聚乙二醇/丙烯碳酸酯高聚物基體。
第三，LiClO4摻雜在80℃下加入LiClO4和氧化還原電對(I2、I3-)，使LiClO4在聚乙二醇/丙烯碳酸酯導(dǎo)電聚合物基體的摩爾濃度為1.0mol/l，氧化還原電對I-/I3-的摩爾濃度為1.0mol/l和0.1mol/l。不斷攪拌使LiClO4和氧化還原電對(I2、I3-)完全溶解，隨后保溫12小時以上。直到形成均一的聚乙二醇/丙烯碳酸酯高分子凝膠電解質(zhì)。
第四，聚乙二醇/丙烯碳酸酯高分子凝膠電解質(zhì)的陳化和純化將步驟三制備好的聚乙二醇/丙烯碳酸酯高分子凝膠電解質(zhì)在100℃保溫24小時以上，其間不斷攪拌，以使聚乙二醇/丙烯碳酸酯高分子凝膠電解質(zhì)均一，LiClO4在其間完全溶劑化與聚乙二醇/丙烯碳酸酯高聚物基體結(jié)合，便獲得電導(dǎo)率達到10mS，具有與液體電解質(zhì)相同的性能的，并具有高的穩(wěn)定性和長的使用壽命的聚乙二醇/丙烯碳酸酯高分子凝膠電解質(zhì)，將高分子凝膠電解質(zhì)冷卻后密閉保存以待用。
實施例4本發(fā)明染料敏化納米晶太陽能電池用電解質(zhì)，為以聚乙烯醇為基體材料，附以丙烯碳酸酯通過在一定條件下改性接枝反應(yīng)形成具有一定導(dǎo)電性能的高聚物，再加入適當?shù)腖iClO4而制備出的具有高導(dǎo)電性的聚乙烯醇/丙烯碳酸酯高分子凝膠電解質(zhì)。
下面為本發(fā)明實施例4的具體實施步驟第一，丙烯碳酸酯的純化采用分析純丙烯碳酸酯單體，經(jīng)蒸餾除去聚合體。
第二，聚乙烯醇/丙烯碳酸酯高聚物的制備按聚乙烯醇丙烯碳酸酯為1∶1的重量比，在80℃的水浴中將聚乙烯醇加入到丙烯碳酸酯中，充分攪拌使其完全溶解，加入適量的催化劑。在此溫度下不斷攪拌，反應(yīng)3小時。隨后升高溫度到100℃使多余的丙烯碳酸酯揮發(fā)，直到聞不到丙烯碳酸酯的氣味為止，冷卻即得聚乙烯醇/丙烯碳酸酯高聚物基體。
第三，LiClO4摻雜在80℃下加入LiClO4和氧化還原電對(I2、I3-)，使LiClO4在聚乙烯醇/丙烯碳酸酯導(dǎo)電聚合物基體的摩爾濃度為1.0mol/l，氧化還原電對I-/I3-的摩爾濃度為1.0mol/l和0.1mol/l。不斷攪拌使LiClO4和氧化還原電對(I2、I3-)完全溶解，隨后保溫12小時以上。直到形成均一的聚乙烯醇/丙烯碳酸酯高分子凝膠電解質(zhì)。
第四，聚乙烯醇/丙烯碳酸酯高分子凝膠電解質(zhì)的陳化和純化將步驟三制備好的聚乙烯醇/丙烯碳酸酯高分子凝膠電解質(zhì)在100℃保溫24小時以上，其間不斷攪拌，以使聚乙烯醇/丙烯碳酸酯高分子凝膠電解質(zhì)均一，LiClO4在其間完全溶劑化與聚乙烯醇/丙烯碳酸酯高聚物基體結(jié)合，便獲得電導(dǎo)率達到10mS，具有與液體電解質(zhì)相同的性能的，并具有高的穩(wěn)定性和長的使用壽命的聚乙烯醇/丙烯碳酸酯高分子凝膠電解質(zhì)，將高分子凝膠電解質(zhì)冷卻后密閉保存以待用。
實施例5本發(fā)明染料敏化納米晶太陽能電池用電解質(zhì)，為以聚乙二醇為基體材料，附以乙烯碳酸酯通過在一定條件下改性接枝反應(yīng)形成具有一定導(dǎo)電性能的高聚物，再加入適當?shù)腖iClO4而制備出的具有高導(dǎo)電性的聚乙二醇/乙烯碳酸酯高分子凝膠電解質(zhì)。
下面為本發(fā)明實施例5的具體實施步驟第一，乙烯碳酸酯的純化采用分析純乙烯碳酸酯單體，經(jīng)蒸餾除去聚合體。
第二，聚乙二醇/乙烯碳酸酯高聚物的制備按聚乙二醇乙烯碳酸酯為11的重量比，在80℃的水浴中將聚乙二醇加入到乙烯碳酸酯中，充分攪拌使其完全溶解，加入適量的催化劑。在此溫度下不斷攪拌，反應(yīng)3小時。隨后升高溫度到100℃使多余的乙烯碳酸酯揮發(fā)，直到聞不到乙烯碳酸酯的氣味為止，冷卻即得聚乙二醇/乙烯碳酸酯高聚物基體。
第三，LiClO4摻雜在80℃下加入LiClO4和氧化還原電對(I2、I3-)，使LiClO4在聚乙二醇/乙烯碳酸酯導(dǎo)電聚合物基體的摩爾濃度為1.0mol/l，氧化還原電對I-/I3-的摩爾濃度為1.0mol/l和0.1mol/l。不斷攪拌使LiClO4和氧化還原電對(I2、I3-)完全溶解，隨后保溫12小時以上。直到形成均一的聚乙二醇/乙烯碳酸酯高分子凝膠電解質(zhì)。
第四，聚乙二醇/乙烯碳酸酯高分子凝膠電解質(zhì)的陳化和純化將步驟三制備好的聚乙二醇/乙烯碳酸酯高分子凝膠電解質(zhì)在100℃保溫24小時以上，其間不斷攪拌，以使聚乙二醇/乙烯碳酸酯高分子凝膠電解質(zhì)均一，LiClO4在其間完全溶劑化與聚乙二醇/乙烯碳酸酯高聚物基體結(jié)合，便獲得電導(dǎo)率達到10mS，具有與液體電解質(zhì)相同的性能的，并具有高的穩(wěn)定性和長的使用壽命的聚乙二醇/乙烯碳酸酯高分子凝膠電解質(zhì)，將高分子凝膠電解質(zhì)冷卻后密閉保存以待用。
實施例6本發(fā)明染料敏化納米晶太陽能電池用電解質(zhì)，為以聚乙烯醇為基體材料，附以乙烯碳酸酯通過在一定條件下改性接枝反應(yīng)形成具有一定導(dǎo)電性能的高聚物，再加入適當?shù)腖iClO4而制備出的具有高導(dǎo)電性的聚乙烯醇/乙烯碳酸酯高分子凝膠電解質(zhì)。
下面為本發(fā)明實施例6的具體實施步驟第一，乙烯碳酸酯的純化采用分析純乙烯碳酸酯單體，經(jīng)蒸餾除去聚合體。
第二，聚乙烯醇/乙烯碳酸酯高聚物的制備按聚乙烯醇乙烯碳酸酯為1∶1的重量比，在80℃的水浴中將聚乙烯醇加入到乙烯碳酸酯中，充分攪拌使其完全溶解，加入適量的催化劑。在此溫度下不斷攪拌，反應(yīng)3小時。隨后升高溫度到100℃使多余的乙烯碳酸酯揮發(fā)，直到聞不到乙烯碳酸酯的氣味為止，冷卻即得聚乙烯醇/乙烯碳酸酯高聚物基體。
第三，LiClO4摻雜在80℃下加入LiClO4和氧化還原電對(I2、I3-)，使LiClO4在聚乙烯醇/乙烯碳酸酯導(dǎo)電聚合物基體的摩爾濃度為1.0mol/l，氧化還原電對I-/I3-的摩爾濃度為1.0mol/l和0.1mol/l。不斷攪拌使LiClO4和氧化還原電對(I2、I3-)完全溶解，隨后保溫12小時以上。直到形成均一的聚乙烯醇/乙烯碳酸酯高分子凝膠電解質(zhì)。
第四，聚乙烯醇/乙烯碳酸酯高分子凝膠電解質(zhì)的陳化和純化將步驟三制備好的聚乙烯醇/乙烯碳酸酯高分子凝膠電解質(zhì)在100℃保溫24小時以上，其間不斷攪拌，以使聚乙烯醇/乙烯碳酸酯高分子凝膠電解質(zhì)均一，LiClO4在其間完全溶劑化與聚乙烯醇/乙烯碳酸酯高聚物基體結(jié)合，便獲得電導(dǎo)率達到10mS，具有與液體電解質(zhì)相同的性能的，并具有高的穩(wěn)定性和長的使用壽命的聚乙烯醇/乙烯碳酸酯高分子凝膠電解質(zhì)，將高分子凝膠電解質(zhì)冷卻后密閉保存以待用。
權(quán)利要求
1.染料敏化納米晶太陽能電池用電解質(zhì)，其特征在于為以多羥基聚合物為基體材料，附以有機電子供體劑，通過在一定條件下改性接枝反應(yīng)形成具有一定導(dǎo)電性能的高聚物，再加入適當?shù)臒o機電解質(zhì)而制備出的具有高導(dǎo)電性的高分子凝膠電解質(zhì)。
2.染料敏化納米晶太陽能電池用電解質(zhì)的制備方法，其特征在于第一步，有機電子供體劑的純化將市售分析純度的有機電子供體劑蒸餾去除聚合體。第二步，導(dǎo)電高聚物的制備取市售具有一定聚合度和分子量的多羥基聚合物，按照多羥基聚合物有機電子供體劑為1∶1～5∶1的重量比，在80-90℃的水浴中加入一定催化劑反應(yīng)不少于3小時，使其成為均一透明的基體，隨后升高溫度到90℃～100℃使多余的有機電子供體劑揮發(fā)，直到聞不到有機電子供體劑的氣味為止，冷卻即得導(dǎo)電高聚物基體。第三步，無機鹽電解質(zhì)摻雜在80-90℃下將適量的無機鹽電解質(zhì)以及氧化還原電對加入到第二步所制備的導(dǎo)電高聚物基體中，使無機鹽電解質(zhì)在導(dǎo)電聚合物的摩爾濃度為1.0～2.0mol/l，氧化還原電對I-/I3-的摩爾濃度為1.0～2.0mol/l和0.1～0.2mol/l，不斷攪拌使無機鹽和氧化還原電對完全溶解，在此溫度下保溫12小時以上，使無機鹽電解質(zhì)與導(dǎo)電高聚物基體充分反應(yīng)，直到形成均一的凝膠電解質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的染料敏化納米晶太陽能電池用電解質(zhì)的制備方法，其特征在于包括第四步，凝膠電解質(zhì)的陳化和純化將上述第三步制備的凝膠電解質(zhì)在90-100℃保溫24小時以上，其間不斷攪拌，以使高分子凝膠電解質(zhì)均一，上述無機鹽在其間完全溶劑化與上述導(dǎo)電高聚物基體結(jié)合，便獲得具有與液體電解質(zhì)相同的性能的，并具有高的穩(wěn)定性和長的使用壽命的高分子凝膠電解質(zhì)，將高分子凝膠電解質(zhì)冷卻后密閉保存以待用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的染料敏化納米晶太陽能電池用電解質(zhì)及其制備方法，其特征在于上述多羥基聚合物為聚乙二醇。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的染料敏化納米晶太陽能電池用電解質(zhì)及其制備方法，其特征在于上述多羥基聚合物為聚乙烯醇。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的染料敏化納米晶太陽能電池用電解質(zhì)及其制備方法，其特征在于上述有機電子供體劑為苯胺。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的染料敏化納米晶太陽能電池用電解質(zhì)及其制備方法，其特征在于上述有機電子供體劑為丙烯碳酸酯。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的染料敏化納米晶太陽能電池用電解質(zhì)及其制備方法，其特征在于上述有機電子供體劑為乙烯碳酸酯。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種染料敏化納米晶太陽能電池用電解質(zhì)及其制備方法，其采用具有一定聚合度和分子量的聚乙二醇作為支持介質(zhì)，加入適量經(jīng)蒸餾提純的苯胺，在一定反應(yīng)條件和催化劑下發(fā)生接枝和聚合反應(yīng)，形成均勻透明具有一定導(dǎo)電性能的凝膠高聚物基體。再加入適當無機鹽電解質(zhì)組成的氧化還原電對，在一定條件下讓其充分溶解在高聚物導(dǎo)電基體，經(jīng)100℃反應(yīng)和純化24小時即得聚乙二醇/苯胺高分子凝膠電解質(zhì)。聚乙二醇/苯胺高分子凝膠電解質(zhì)具有較高的導(dǎo)電性，高的穩(wěn)定性，長的使用壽命，在應(yīng)用到染料敏化納米晶太陽能電池后，解決了其在使用液體電解質(zhì)時困難的封裝工藝，以及由液體電解質(zhì)易泄漏揮發(fā)而造成短的壽命。使這一新型的化學太陽能電池實用化成為可能。
文檔編號H01M14/00GK1569952SQ20041001492
公開日2005年1月26日 申請日期2004年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月13日
發(fā)明者吳季懷, 郝三存, 黃昀昉, 林建明, 黃妙良 申請人:華僑大學