[发明专利]电解质组合物及使用其的染料敏化太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及电解质组合物及使用该电解质组合物的染料敏化太阳能电 池(dye sensitized solar cell，DSSC)，且特别是涉及由离子液体组成的电解质 组合物及使用该电解质组合物的染料敏化太阳能电池。

背景技术

一般电池均需两种金属或金属化合物作为正、负电极，并且在电池内 部通过电解质中的阴阳离子进行传导，电池外部则通过电子的流动完成通 路。其中，由于太阳能可取之不尽用之不竭，因此太阳能电池的研究与开 发越来越受到广泛的关注。其中，染料敏化太阳能电池具有成本低以及可 塑性高等优势，并且具有可使用室内光源发电、不受日照角度影响等特点。 因此，近来染料敏化太阳能电池已经成为太阳能电池研究热点之一。

染料敏化太阳能电池具有的基本结构包括：上、下层的导电玻璃 ((SnO₂:F)，简称为FTO)，其中一层导电玻璃表面具有纳米级二氧化钛(TiO₂) 半导体颗粒，另一层导电玻璃上具有铂膜，两导电玻璃之间夹置有帮助导 电的电解质；以及最关键的、对太阳光有敏化作用的染料(dye)，该染料吸 附在二氧化钛颗粒上。如图1所示，在染料敏化太阳能电池的制造中，首 先提供玻璃基板1，然后在玻璃基板上形成一层透明导电氧化物(TCO， transparent conducting oxide)2，然后在该透明导电氧化物上沉积n型半导体 电极4，该半导体电极4包括二氧化钛颗粒3和吸附在其表面上的染料，接 着将铂(Pt)膜6镀在玻璃基板7上作为对电极5，接着利用封装材料8、11 将上、下玻璃基板的周围固定在一起，只留下电解质注入口，然后在半导 体电极4与对电极5之间注入电解质(electrolyte)10。染料敏化太阳能电池的 工作原理为：(1)吸附在半导体电极(TiO₂)表面的染料经入射光子激发之后， 染料分子中的电子会从基态激发至激发态(S+hv→S*)；(2)之后，将电子 注入TiO₂半导体电极的导带(conduction band)，注入TiO₂导带的电子通过扩 散传递到TCO电极上，同时传导至外部回路，此时染料分子处于氧化状态 (S*→S⁺+e^-)；(3)电解液中存在氧化还原对(通常是I^-/I₃^-)，氧化后的染料 与氧化还原电解液反应，回到基态，而还原剂被氧化(S⁺+I^-→S+I₃^-)；(4) 被氧化后的还原剂电解液I₃^-扩散到对面的铂电极上，通过外部回路传入的 电子而再还原成I^-，经过这样不断的循环而连续运行(I₃^-+e^-→I^-)。

实际上，目前染料敏化太阳能电池的最高光电转换效率可超过11％。 但问题是这类高效率太阳能电池利用易挥发的有机溶剂(例如乙腈或3-甲氧 基丙腈)作为电解液，这就限制了这类电池的户外应用。因此科研人员利用 离子液体作为电解液来制造一种非挥发性染料敏化太阳能电池，而染料敏 化太阳能电池最常使用的离子液体为由咪唑阳离子和碘离子或由咪唑阳离 子与其它阴离子所形成的离子液体。但是，由于离子液体的高粘度会对光 电转换效率有不良影响，因此妨碍了其在太阳能电池中的应用。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供以共熔离子液体作为电解液的电解质组 合物，该电解质组合物具有粘度低、电化学操作与适用范围广的优点。

本发明的再一目的在于提供使用上述电解质组合物的染料敏化太阳能 电池，该染料敏化太阳能电池的电解质组合物原料便宜且制备简单。

为了达到上述第一目的，本发明提供一种电解质组合物，其包括：氧 化还原对；以及共熔离子液体，其由胆碱卤化物或其衍生物和醇混合形成， 或者由胆碱卤化物或其衍生物和尿素混合形成。本发明的另一种电解质组 合物为二元离子液体电解质，其包括氧化还原对、咪唑类离子液体以及粘 度比咪唑类离子液体低的第一离子液体。