含有離子液體的電解質(zhì)溶液、制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光電物理化學(xué)領(lǐng)域，具體設(shè)及含有離子液體的電解質(zhì)溶液、制備方法 及該電解質(zhì)溶液用于制備染料敏化太陽能電池的用途。
【背景技術(shù)】
[0002] 染料敏化太陽能電池是一種模仿光合作用原理的新型太陽能電池，對新能源與可 再生能源的開發(fā)利用及保護(hù)人類環(huán)境具有重要的意義。電解質(zhì)是染料敏化太陽能電池的 重要組成部分，承擔(dān)著將光激發(fā)染料還原的作用，因而其性質(zhì)直接影響到電池的光電轉(zhuǎn)化 性能。液態(tài)電解質(zhì)通常可獲得較高的光電轉(zhuǎn)化效率，但同時(shí)存在穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)。具有耐 久性、穩(wěn)定性、安全性的高效液態(tài)染料敏化太陽能電池一直是太陽能電池領(lǐng)域的研究熱點(diǎn) 之一。在染料敏化太陽能電池中，使用離子液體作為電解質(zhì)溶劑，通過其自身優(yōu)良的物理化 學(xué)特性幫助提升太陽能電池的耐久性與穩(wěn)定性，可有效解決傳統(tǒng)溶劑所帶來的較高的蒸汽 壓，光熱不穩(wěn)定性W及有毒溶劑泄露造成對環(huán)境的污染問題，進(jìn)一步提升了染料敏化太陽 能電池的實(shí)用價(jià)值，具有較好的推廣與應(yīng)用前景。
[0003] 室溫離子液體是完全由離子組成的液體，是一種在室溫條件下呈液態(tài)的鹽，它是 由相對體積較小的無機(jī)陰離子和相對體積較大、結(jié)構(gòu)不對稱的有機(jī)陽離子構(gòu)成，具有不易 揮發(fā)、使用溫度范圍寬、電導(dǎo)率高、化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性好、陰陽離子可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等特點(diǎn)，利 用離子液體上述優(yōu)良的物理化學(xué)特性可W在一定程度上解決傳統(tǒng)電解質(zhì)溶劑帶來的器件 的穩(wěn)定性與耐久性較差W及潛在的安全性隱患，從而進(jìn)一步提升了該光伏器件的實(shí)用性。
[0004] 但由于目前現(xiàn)有的大多數(shù)離子液體具有較大的黏度，流動性較差，致使其電導(dǎo)率 偏低，不利于其在電化學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的進(jìn)一步拓展。為了緩解室溫離子液體高黏度所帶來的 傳輸限制，通過單一離子液體的基礎(chǔ)上，滲入另一種離子液體，兩者按照一定的比例進(jìn)行混 合，得到二元室溫離子液體，可W有效解決上述問題。運(yùn)些二元離子液體體一般是由一種含 有艦化物的高黏度離子液體與一種非電化學(xué)活性的低粘度離子液體組成。
【發(fā)明內(nèi)容】
[000引發(fā)明目的：本發(fā)明針對現(xiàn)有染料太陽能電池存在耐久性與穩(wěn)定性較差的問題，從 而導(dǎo)致其壽命普遍較短的缺點(diǎn)，提出一種含有離子液體的電解質(zhì)溶液、制備方法及含有該 電解質(zhì)溶液的染料敏化太陽能電池，使其能夠有效地解決染料敏化太陽能存在的上述問 題，進(jìn)一步提升了其實(shí)用化水平。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0007] 含有離子液體的電解質(zhì)溶液，其特征在于，包括二元離子液體、4-叔下基化晚、艦 單質(zhì)、裡鹽和脈鹽，所述二元離子液體由離子液體I和離子液體II按體積比2:3~3:2組 成；
[0008] 所述離子液體I為咪挫類艦鹽；
[0009] 所述離子液體II為同時(shí)滿足W下條件的任意一種離子液體：20°C時(shí)的黏度 <100cp、25°C時(shí)的電導(dǎo)率巧mS/cm、熱分解溫度〉100°C、電化學(xué)窗口〉3V。
[0010] 所述4-叔下基化晚的濃度為0. 05~Imol/L ; W11] 所述艦單質(zhì)的濃度為0. 1~Imol/L ; 陽〇1引所述裡鹽的濃度為0. 05~0. 5mol/L ;
[0013] 所述脈鹽的濃度為0. 005~0. 5mol/L。
[0014] 進(jìn)一步地，所述離子液體I的結(jié)構(gòu)通式如下 其中，R為Cl~
的烷基。
[0015] 進(jìn)一步地，所述離子液體I的結(jié)構(gòu)通式如下： 其中，R為 Cl~C 16的烷基D
[0016] 進(jìn)一步地，所述離子液體I的結(jié)構(gòu)通式如下：
其中，民為 〔2~C 1。的烷基。
[0017] 含有離子液體的電解質(zhì)溶液的制備方法，包括如下步驟：將離子液體I和離子液 體II混合作為電解質(zhì)溶劑，依次將4-叔下基化晚、艦單質(zhì)、裡鹽W及脈鹽添加到電解質(zhì)溶 劑中，經(jīng)過超聲均化0. 5~1小時(shí)，在室溫靜置后，即得含有離子液體的電解質(zhì)溶液。
[0018] 所述含有離子液體的電解質(zhì)溶液用于制備染料敏化太陽能電池的用途。
[0019] 有益效果
[0020] 本發(fā)明提出的電解質(zhì)溶液取材來源廣泛，制備方法簡單，具有較高的導(dǎo)電率，較低 的黏度W及較寬的電化學(xué)窗口。將本發(fā)明的電解質(zhì)溶液應(yīng)用于染料敏化太陽能電池中具有 較高的光電轉(zhuǎn)化效率，并有效地提升器件的耐久性與穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0021] 圖1是實(shí)施例1~3所得不同體積比率的二元室溫離子液體電解質(zhì)制作的染料敏 化太陽能電池的J-V曲線對比圖；
[0022] 圖2是實(shí)施例5與實(shí)施例2所得二元室溫離子液體電解質(zhì)制作的染料敏化太陽能 電池的J-V曲線對比圖；
[0023] 圖3是實(shí)施例2所得二元室溫離子液體電解質(zhì)制作的染料敏化太陽能電池的歸一 化效率與時(shí)間的關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[00巧]本發(fā)明下述實(shí)施例制備的離子液體電解質(zhì)組裝成染料敏化太陽能電池的方法按 W下步驟進(jìn)行：（1)利用靜電噴霧法制作納米半導(dǎo)體氧化物多孔薄膜光陽極并進(jìn)行高溫?zé)?結(jié)；（2)將經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)后的光陽極浸泡在濃度為0. 1~0. 5mmol/L的N719染料中2地， 取出后將多余的染料分子沖洗干凈；（3)在中間打有小孔的FTO玻璃上旋涂濃度為10~ 50mmol/L的HzPtCle乙醇溶液，將旋涂完畢的對電極先在電熱板上烘干后，再放在管式爐中 進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)；（4)最后用AB膠對電池進(jìn)行封裝，待到膠水完全固化后，通過對電極的小孔 往電池空隙中注入此前制備好的室溫離子液體電解質(zhì)。
[0026] 本發(fā)明下述實(shí)施例中的染料敏化太陽能電池的光電性能測試條件如下：（1)規(guī)定 地面標(biāo)準(zhǔn)陽光光譜采用總福射為AM1. 5的標(biāo)準(zhǔn)陽光譜，且采用具有高穩(wěn)定度的穩(wěn)定光源； 0)地面陽光的標(biāo)準(zhǔn)總福照度規(guī)定為lOOOW/m2; 0)標(biāo)準(zhǔn)測試溫度為25。(4)對定標(biāo)測試， 標(biāo)準(zhǔn)測試溫度的允差不超過TC ;對非定標(biāo)準(zhǔn)測試，標(biāo)準(zhǔn)測試的允差不超過2°C ; (5)標(biāo)準(zhǔn)電 池應(yīng)具有與被測樣品基本相同的光譜響應(yīng)；(6)電池測試時(shí)，其測試采樣延遲時(shí)間，應(yīng)大于 電池內(nèi)部達(dá)到平衡所需要的時(shí)間。
[0027] 本發(fā)明下述實(shí)施例中的設(shè)及的離子液體I應(yīng)當(dāng)W靈活的方式理解為不僅適用于 明確列舉出的具體化合物，而且同樣適用于咪挫類艦鹽類的其他化合物；離子液體II具體 參數(shù)見表1，但本發(fā)明的技術(shù)方案并不限于選用實(shí)施例中選取的離子液體II，滿足所述條件 (20°C時(shí)的黏度<100cp、25°C時(shí)的電導(dǎo)率巧mS/cm、熱分解溫度〉100°C、電化學(xué)窗口〉3V)的 離子液體II均可用于本發(fā)明中。
[0028] 表 1
陽〇3〇] 實(shí)施例1 陽03U 選取1-丙基-3-甲基咪挫艦鹽（PMII)為離子液體I、1-乙基-3-甲基咪挫四氣 棚酸鹽（圧MIm]BF4,相關(guān)參數(shù)見表1)為離子液體II，配置體積分?jǐn)?shù)比率為40/60的二元室 溫離子液體然后加入0. 135g4-叔下基化晚，攬拌均勻，再加入0. 076g艦單質(zhì)，攬拌均 勻后，經(jīng)過超聲均化約半小時(shí)，放在室溫下靜置即可。 陽0巧實(shí)施例2
[0033] 離子液體I和離子液體II均同實(shí)施例1，配制體積分?jǐn)?shù)比率為50/50的二元室溫 離子液體21111^，然后加入0. 135g 4-叔下基化晚，攬拌均勻，再加入0. 076g艦單質(zhì)，攬拌均勻 后，經(jīng)過超聲均化約半小時(shí)，放在室溫下靜置即可。
[0034] 實(shí)施例3
[0035] 離子液體I和離子液體II均同實(shí)施例1，配制體積分?jǐn)?shù)比率為60/40的二元室溫 離子液體2111以然后加入0. 135g 4-叔下基化晚，攬拌均勻，再加入0. 076g艦單質(zhì)，攬拌均勻