專利名稱：一種染料敏化納米晶太陽(yáng)能電池凝膠電解質(zhì)的制備方法
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(yáng)能電池凝膠電解質(zhì)的制備方法，屬于電解質(zhì)材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前所能開采的石化資源僅能維持到2020年前后，能源的危機(jī)是目前迫切需要解決的問(wèn)題。太陽(yáng)能是取之不盡的綠色資源，是解決我國(guó)能源結(jié)構(gòu)和環(huán)境問(wèn)題的最佳途徑。 太陽(yáng)能電池的開發(fā)和生產(chǎn)具有廣闊的應(yīng)用前景。目前基于半導(dǎo)體光伏效應(yīng)的是單晶硅和非晶硅太陽(yáng)能電池，雖然其轉(zhuǎn)換效率高，但是工藝復(fù)雜、價(jià)格昂貴、材料要求苛刻，因而難于普及。二十世紀(jì)九十年代，瑞士洛桑大學(xué)的Michael Gratzd教授研究出的染料敏化納米晶太陽(yáng)能電池，該染料敏化納米晶太陽(yáng)能電池可以克服硅太陽(yáng)能電池的缺點(diǎn)，具有制作工藝簡(jiǎn)單、材料純度要求不高、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。染料敏化納米晶太陽(yáng)能電池采用表面吸附光敏劑的寬禁帶半導(dǎo)體的納米晶膜為工作電極，由于納米晶膜具有非常大的比表面積，可以吸附大量的光敏劑，從而可以有效的吸收太陽(yáng)光。染料敏化納米晶太陽(yáng)能電池的工作原理當(dāng)染料吸收太陽(yáng)光時(shí)，電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)的電子迅速轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體的導(dǎo)帶中，而空穴留在染料中，電子隨后經(jīng)納米半導(dǎo)體網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)散至導(dǎo)電基底，經(jīng)過(guò)外電路轉(zhuǎn)移至對(duì)電極，而氧化態(tài)的染料被還原態(tài)的電解質(zhì)還原，氧化態(tài)的電解質(zhì)在對(duì)電極接受電子被還原，從而完成電子的運(yùn)輸過(guò)程。在染料敏化太陽(yáng)電池中，多是采用液態(tài)電解質(zhì)中作為空穴傳輸材料。液態(tài)電解質(zhì)的使用會(huì)帶來(lái)很多難以克服的缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)為(1)因密封工藝復(fù)雜，易引起電解液泄漏；(2)在液體電解質(zhì)中，密封劑有可能與電解液反應(yīng)，且敏化染料易脫附；(3)電解液內(nèi)存在除氧化-還原循環(huán)外的其它副反應(yīng)，使由于離子反向遷移而導(dǎo)致光生電荷復(fù)合的機(jī)會(huì)增加，降低光電轉(zhuǎn)換效率；(4)高溫下溶劑易揮發(fā)，可能與敏化染料作用而導(dǎo)致染料降解；為了解決以上問(wèn)題，一種有效的方法就是采用離子液體基凝膠電解質(zhì)替代液態(tài)電解質(zhì)，離子液體基凝膠電解質(zhì)既有與液態(tài)電解質(zhì)低粘度、高離子擴(kuò)散系數(shù)的特點(diǎn)，又因其不會(huì)揮發(fā)而能提高染料敏化太陽(yáng)能電池的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。然而，離子液體仍具有一定的流動(dòng)性， 這仍會(huì)影響染料敏化太陽(yáng)能電池的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和封裝特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種穩(wěn)定性好、高導(dǎo)電率的染料敏化納米晶太陽(yáng)能電池用有機(jī)熔融鹽-納米氧化錫凝膠電解質(zhì)的制備方法。具體實(shí)施方案為一種染料敏化納米晶太陽(yáng)能電池用凝膠電解質(zhì)的制備方法第一步，有機(jī)熔融鹽的制備在吡啶存在的情況下，將低分子量的聚環(huán)氧乙烷與二氟亞砜反應(yīng)，生成氟代的聚環(huán)氧乙烷；將氟代的聚環(huán)氧乙烷提純后與1-甲基咪唑在N，N-二甲基酰胺中反應(yīng)48小時(shí)，反應(yīng)溫度85-95°C，產(chǎn)物再用無(wú)水乙醚提純；然后在真空烘箱中干燥，干燥溫度為120°C，得到陰離子為氟離子的熔融鹽。該熔融鹽的陽(yáng)離子為低分子量的聚環(huán)氧乙烷取代的咪唑陽(yáng)離子，該咪唑陽(yáng)離子的結(jié)構(gòu)如下
權(quán)利要求
1. 一種染料敏化納米晶太陽(yáng)能電池凝膠電解質(zhì)的制備方法，其特征在于 第一步，有機(jī)熔融鹽的制備在吡啶存在的情況下，將低分子量的聚環(huán)氧乙烷與二氟亞砜反應(yīng)，生成氟代的聚環(huán)氧乙烷；將氟代的聚環(huán)氧乙烷提純后與1-甲基咪唑在N，N-二甲基酰胺中反應(yīng)48小時(shí)，反應(yīng)溫度85-95°C，產(chǎn)物再用無(wú)水乙醚提純；然后在真空烘箱中干燥， 干燥溫度為120°C，得到陰離子為氟離子的熔融鹽；該熔融鹽的陽(yáng)離子為低分子量的聚環(huán)氧乙烷取代的咪唑陽(yáng)離子，該咪唑陽(yáng)離子的結(jié)構(gòu)如下其中，η 為 9-14 ；R 基為 H、OH、OCH3 不可聚合基團(tuán)或 CH2 = CHCOO-, CH2 = CCH3COO-可聚合基團(tuán)；該熔融鹽的陰離子為氟離子；制備該熔融鹽的低分子量的聚環(huán)氧乙烷的分子量為 450-550 ；第二步，納米氧化錫凝膠的制備按質(zhì)量比1 1稱取納米氧化錫粉與聚乙烯醇，將 1. 5-8mol/L的硝酸在劇烈攪拌下滴加到上述混合物中，配制成酸性混合鹽溶液，攪拌時(shí)間為30min;將5-10. 8mol/L的氨水溶液在劇烈攪拌下滴加到上述酸性混合鹽溶液中，調(diào)節(jié)pH 值到5-7，控制反應(yīng)溫度為0-10°C，攪拌時(shí)間為30min ；將調(diào)節(jié)好pH值的溶液置于烘箱中于 80-280°C進(jìn)行聚合反應(yīng)，直到溶液形成穩(wěn)定的固狀凝膠；第三步，有機(jī)熔融鹽與納米氧化錫凝膠的摻雜在80-90°C下將第二步制備的適量的納米氧化錫凝膠加入到第一步制備的有機(jī)熔融鹽中，有機(jī)熔融鹽與納米氧化錫凝膠的體積比為50 (7 15)，不斷攪拌使納米氧化錫凝膠完全溶解，在此溫度下保溫6-8小時(shí)，使納米氧化錫凝膠與有機(jī)熔融鹽充分反應(yīng)，直到形成均一的凝膠電解質(zhì)；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°C 保溫M小時(shí)以上，其間不斷攪拌，以使凝膠電解質(zhì)均一，測(cè)得該凝膠電解質(zhì)的電導(dǎo)率為 15. 3-18. 7mS · cm—1，將陳化和純化后的凝膠電解質(zhì)冷卻后密閉保存以待用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的染料敏化納米晶太陽(yáng)能電池凝膠電解質(zhì)的制備方法，其特征在于第二步中的聚乙烯醇替換為檸檬酸、酒石酸、氨基酸、乙二醇、聚乙二醇、乙二氨四乙酸或蘋果酸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的染料敏化納米晶太陽(yáng)能電池凝膠電解質(zhì)的制備方法，其特征在于在第三步中，加入納米粒子凝膠劑，該納米粒子凝膠劑選自A1203、SiO2, TiO2, ZrO2或 ZnO納米粒子。
全文摘要
一種染料敏化納米晶太陽(yáng)能電池凝膠電解質(zhì)的制備方法，涉及染料敏化納米晶太陽(yáng)能電池用凝膠電解質(zhì)的制備方法，其采用有機(jī)熔融鹽與納米氧化錫凝膠摻雜的方法，首先將低分子量的聚環(huán)氧乙烷與二氟亞砜反應(yīng)，生成氟代的聚環(huán)氧乙烷，將氟代的聚環(huán)氧乙烷與1-甲基咪唑在N，N-二甲基酰胺中反應(yīng)，得到陰離子為氟離子的熔融鹽；再制備氧化錫納米氧化錫凝膠；然后將二者混合，經(jīng)陳化和純化得到穩(wěn)定的凝膠電解質(zhì)。該制備方法制得的凝膠電解質(zhì)具有與液體電解質(zhì)相同的性能，并具有高的穩(wěn)定性、高的電導(dǎo)率和長(zhǎng)的使用壽命。本發(fā)明將在染料敏化太陽(yáng)能電池的制備領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，應(yīng)用前景廣闊。
文檔編號(hào)H01G9/032GK102509618SQ201110309019
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月13日
發(fā)明者徐敘瑢, 徐征, 趙謖玲 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)