一種低成本染料敏化太陽(yáng)能電池用準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于染料敏化太陽(yáng)能電池領(lǐng)域，尤其涉及一種低成本的、基于低共熔溶劑 的染料敏化太陽(yáng)能電池用準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSC)制備工藝簡(jiǎn)單、成本低，在大面積工業(yè)化應(yīng)用中有較 大的優(yōu)勢(shì)，是一類具有廣泛應(yīng)用前景的太陽(yáng)能電池；其主要構(gòu)成部件包括:光敏化劑（染 料）、電解質(zhì)(含氧化還原電對(duì)）、對(duì)電極、導(dǎo)電玻璃和二氧化鈦光陽(yáng)極;其中，電解質(zhì)承擔(dān)著 輸運(yùn)電荷的作用，是DSSC的一個(gè)重要組成部分。
[0003] 電解質(zhì)主要包括:可逆性好的氧化還原電對(duì)(I7I3J、溶解氧化還原電對(duì)的溶劑及 添加劑。按存在狀態(tài)分為液態(tài)電解質(zhì)、準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)和固態(tài)電解質(zhì)。液態(tài)電解質(zhì)具有電導(dǎo)率 高，離子擴(kuò)散速度快等優(yōu)點(diǎn)，然而傳統(tǒng)的液態(tài)電解質(zhì)也由于其封裝困難、易揮發(fā)、穩(wěn)定性差、 毒性大等缺點(diǎn)影響其廣泛應(yīng)用（Tennakone K，Perera V P S，Kottegota I R M，et al.J Phys D:Appl Phys，1999,32(4) :374-379),而固態(tài)電解質(zhì)中離子的擴(kuò)散速度較慢；電導(dǎo)率 較低。因而發(fā)展準(zhǔn)固態(tài)凝膠電解質(zhì)是最有效的方法。公開號(hào)為CN103489645A的中國(guó)專利申 請(qǐng)公開了一種染料敏化太陽(yáng)能電池用凝膠電解質(zhì)及其制備方法，將功能型石墨烯、離子聚

合物 離子液# )、 叔丁基吡啶和雙三氟甲磺酸酰胺按一定比例混合制備，所得電解質(zhì)凝膠能力強(qiáng)，易于封裝， 所制備的染料敏化電池也具有高的光電轉(zhuǎn)化效率。但是該方法所采用的離子液體合成困 難、成本較高。公開號(hào)為CN101635200A的中國(guó)專利申請(qǐng)公開了一種染料敏化太陽(yáng)能電池電
解質(zhì)及其制備方法：將非聚合型離子液體 聚合型離子液體（ ( )、 E 1
^ .或
中的一種）、離子液體交聯(lián)劑 C :*
* )
和引發(fā)劑（安息香乙醚、 或
中的一種)混合均勻后通過(guò)原位聚合制備準(zhǔn)固態(tài)聚合物凝膠電解 質(zhì)，該方法所制備的電解質(zhì)具有良好的粘結(jié)性能，易于封裝;但是使用該電解質(zhì)的電池的光 電轉(zhuǎn)換效率需要進(jìn)一步提高，制備方法也較為復(fù)雜。
[0004] 由以上可知，離子液體(咪唑鑰類、锍類、吡啶鑰類和胍鹽類)是準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)的一 項(xiàng)常用組成部分，起著增加電池光電性能的巨大作用，但是由于其復(fù)雜的合成方式和高昂 的成本限制了離子液體在光電器件中的應(yīng)用，如常用的1，3_二甲基咪唑碘鹽(CAS號(hào)4333-62-4)在百靈威官網(wǎng)較為便宜的產(chǎn)品仍售價(jià)為Y656/5g。因此，研發(fā)一種低成本的、易于合 成的準(zhǔn)固態(tài)的電解質(zhì)，并且又能提高使用該電解質(zhì)的電池光電轉(zhuǎn)換效率，是非常有必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種易于合成的、低成本 染料敏化太陽(yáng)能電池用準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)的制備方法。
[0006] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：
[0007] -種低成本染料敏化太陽(yáng)能電池用準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)的制備方法，包括以下步驟：
[0008] (1)制備低共熔溶劑:將氫鍵供體和氫鍵受體混合均勻、干燥，得到低共熔溶劑;所 述氫鍵供體為尿素（CO(NH 2)2)或甘油（C3H8〇3)，所述氫鍵受體為氯化膽堿(HOCH 2CH2N(CH3) 3C1)或溴化膽堿(HOCH2CH 2N( CH3)3C1);
[0009] (2)制備準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)：向N-甲基吡咯烷酮(匪P)中先加入瓊脂糖攪拌均勻后，再 加入1 2和Lil繼續(xù)攪拌均勻，最后加入步驟（1)制備的低共熔溶劑混合均勻即得到所述準(zhǔn)固 態(tài)電解質(zhì)。
[0010] 上述的制備方法，優(yōu)選的，所述氫鍵供體與所述氫鍵受體的摩爾比為2~2.5:1。所 述氫鍵供體與所述氫鍵受體均經(jīng)過(guò)充分干燥脫水。
[0011] 上述的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟(2)中，低共熔溶劑的加入量占準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì) 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為l〇wt. %~80wt. %。
[0012] 上述的制備方法，優(yōu)選的，所述瓊脂糖的加入量為N-甲基吡咯烷酮的2wt. %~ 3.5被.％;所述12的加入量為^甲基吡咯烷酮的1.2的.％~1.4被.％;1^1與1 2的摩爾比為1 ~1.5:1〇
[0013] 上述的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟(1)中，低共熔溶劑的具體制備過(guò)程為:將氫鍵 供體和氫鍵受體混合后在80~90°C水浴下攪拌2~2.5h，得到無(wú)色透明的液體然后將該無(wú) 色透明的液體真空干燥16~24h，即得到低共熔溶劑。
[0014] 上述的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟⑵中，準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)的具體制備過(guò)程為：向N-甲基吡咯烷酮中加入瓊脂糖，80~90°C恒溫水浴攪拌4~4.5h后停止水浴，再加入1 2和Lil， 攪拌4~5h至均勾，最后加入低共恪溶劑，繼續(xù)攪拌4~4.5h至混合均勾，即得到電解質(zhì)。進(jìn) 一步的，I 2，LiI與瓊脂糖均采用分析純。
[0015] 申請(qǐng)人通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，氫鍵受體和氫鍵供體所構(gòu)成的低共熔溶劑同樣也是一種離 子液體，申請(qǐng)人還通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)將氫鍵受體和氫鍵供體混合形成的低共熔溶劑具有低蒸汽 壓、寬化學(xué)窗口、高熱穩(wěn)定性以及高電導(dǎo)率等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)該低共熔溶劑相較于其他種類離子 液體，還具有合成簡(jiǎn)單、易于回收、成本低廉等優(yōu)勢(shì)，由百靈威官網(wǎng)提供的低共熔溶劑合成 前驅(qū)體價(jià)格顯示尿素為Y141/kg，氯化膽堿Y2.4/g，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他離子液體的價(jià)格。申請(qǐng) 人將此類的低共熔溶劑離子液體代替?zhèn)鹘y(tǒng)昂貴的離子液體并成功應(yīng)用于光電器件，大大降 低了光電器件的成本。
[0016] 本發(fā)明通過(guò)向瓊脂糖基聚合物電解質(zhì)中添加適量的低共熔溶劑(氫鍵受體和氫鍵 供體），氫鍵供體、氫鍵受體直接與瓊脂糖相互作用，增加電解質(zhì)體系的網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)結(jié)構(gòu)，為電 解質(zhì)中離子傳輸提供了有效的載流子傳輸通道，最終達(dá)到提高電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率，增強(qiáng) 太陽(yáng)能器件的光電性能的目的。
[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0018] 本發(fā)明的制備方法制成的電解質(zhì)為準(zhǔn)固態(tài)，具有較大的離子電導(dǎo)率與穩(wěn)定性;準(zhǔn) 固態(tài)電解質(zhì)聚合為電解質(zhì)后附著在器件上成固態(tài)薄膜，因此使用過(guò)程中不存在滲漏問(wèn)題； 相較于液態(tài)電解質(zhì)，本發(fā)明的制備方法過(guò)程中所引入的低共熔溶劑成本較低，易于合成，具 有較高的離子電導(dǎo)率，在光電器件中應(yīng)用使得光學(xué)器件保持較高的光電性能和光電轉(zhuǎn)換效 率。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 為了便于理解本發(fā)明，下文將結(jié)合較佳的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作更全面、細(xì)致地描述， 但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于以下具體的實(shí)施例。
[0020] 除非另有定義，下文中所使用的所有專業(yè)術(shù)語(yǔ)與本領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解的含義 相同。本文中所使用的專業(yè)術(shù)語(yǔ)只是為了描述具體實(shí)施例的目的，并不是旨在限制本發(fā)明 的保護(hù)范圍。
[0021] 除有特別說(shuō)明，本發(fā)明中用到的各種試劑、原料均為可以從市場(chǎng)上購(gòu)買的商品或 者可以通過(guò)公知的方法制得的產(chǎn)品。
[0022] 實(shí)施例1:
[0023] -種本發(fā)明的低成本染料敏化太陽(yáng)能電池用準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)的制備方法，包括以下 步驟：
[0024] (1)低共熔溶劑的制備：室溫下稱取經(jīng)過(guò)充分干燥脫水的12.000g固態(tài)尿素和 13.950g固體氯化膽堿放入棕色瓶中，置于80°C水浴鍋中加熱攪拌2h，直至完全轉(zhuǎn)化為無(wú)色 透明液體。取出，靜置于真空干燥箱中干燥16h后取出，即為低共熔溶劑。
[0025] (2)電解質(zhì)的制備:取20 ·45gNMP，放入60mL棕色瓶中，加入0 ·4301g瓊脂糖，在80°C 水浴加熱的條件下攪拌4h后，取出棕色瓶，加入0.2782gl2與0.1261gLiI，室溫下攪拌4.3h， 攪拌完成后，取2.62g步驟（1)制備的低共熔溶劑，加入棕色瓶中，室溫下繼續(xù)攪拌4h，得到 準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)。
[0026] (3)光陽(yáng)極制備及敏化:采用刮涂方法將Ti02料漿（固液質(zhì)量比1:7)涂覆于導(dǎo)電玻 璃表面，使之成膜，經(jīng)500°C熱處理35分鐘后，放入溶解有0.4 X l(T3m〇l/LN719染料的無(wú)水乙 醇溶液中，在室溫下敏化12h，