[发明专利]用于染料敏化太阳能电池的全固态有机合金电解质

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于太阳能电池等领域的固体电解质和制备方法，尤其涉及一种用于染 料敏化太阳能电池(DSSCs)的全固态有机合金电解质及其制备方法。

背景技术

随着化石燃料的不断耗尽及环境污染的日趋严重，人们不得不寻找清洁的且可再生的能 源替代目前的能源。太阳能在地球上分布广泛，且取之不尽、用之不竭，是一种真正意义的 绿色能源。因此，近年来对太阳能的开发和利用的研究发展尤为迅速。现有的基于无机硅和 半导体的光伏电池的价格昂贵，虽然经过几十年的技术和工艺改进，其价格已经下降了很多， 但还是超出人们普可接受的范围，且进一步大幅降价已几乎不可能。

染料敏化太阳能电池(DSSCs)是一种新型太阳能电池，与传统硅太阳能电池相比具有光 电转换率高、成本低、制作工艺简单等优点。目前电池光电转换效率已提高到约10％，寿命 达到20年以上，因此成为近年来国内外研究的热点。

长期以来，液态电解质一直作为DSSCs有效的空穴传输材料。如中国专利CN101261889A 公开了一种用于染料敏化太阳能电池的离子液复合电解质，该电解质有胍基阳离子和碘阴离 子的a组分和含有碘单质的b组分组成，其中，所述b与a组分的摩尔比是1∶2-1∶20。使 用该液态电解质太阳能电池具有较高的光电转换率，但是，使用液态电解质也导致了一系列问 题：密封工艺复杂、容易漏液、电池的形状设计受限等。这些都导致了太阳能电池不稳定、 使用寿命短，使DSSCs的实用化受到限制。为了克服这些问题，人们提出了用固态电解质或 凝胶电解质来代替液态电解质作为DSSCs的空穴传输材料。如中国专利CN101183727A公 开了一种全固态电解质，该电解质由锂盐、聚环氧乙烷和超细粉填料组成，虽然该固态电解 质克服了液态电解质容易泄露、不宜成型的不足，但是该固态电解质电导率低，并且太阳能 电池光电转换效率相对较低，使得该固态电解质很难在染料敏化太阳能电池上应用。中国专 利CN101354967A公开了一种用于染料光敏化太阳能电池的准固态电解质及其制备方法，该 电解质是由α-氰基丙烯酸酯、交联剂、碘盐、碘、改性剂、增塑剂和有机溶剂混合构成。所 制得的电解质具有较高的离子传导率。但是，该方法使用了多种添加剂，制备工艺复杂，且 制得的电解质常温下只能称为准固态，熔点较低，不利于在固体染料光敏化太阳能电池中应 用。

发明内容：

本发明的目的就是为了克服现有技术中固态电解质光电转换效率低、熔点低、难用作染 料敏化太阳能电池的电解质等不足，并提供了一种制造工艺简单、价格低廉的可用于染料敏 化太阳能电池的全固态有机合金电解质和其制备方法。本发明制得的电解质熔点高(80℃以 上)，且具有与液态电解质相当的电导率，由此电解质制成的染料敏化太阳能电池(DSSCs) 具有高的光电转换效率和稳定性。

本发明的技术方案是：一种用于染料敏化太阳能电池的全固态有机合金电解质，其特征 在于：该电解质由选自丁二腈，新戊二醇，三羟甲基乙烷，季戊四醇，樟脑，咪唑及其衍生 物季铵盐，吡啶及其衍生物季铵盐中的两种或三种以上塑晶构成的有机合金材料；

和占所述有机合金物质的量的1-5％的碘，1-10％的碘化锂或碘化钾或碘化钠；

和占所述有机合金物质的量的1-10％的选自甲基乙基咪唑碘、叔丁基吡啶、二(三氟甲基 磺酸酰)亚胺锂(LiTFSI)、LiBF₄电导盐中的一种或多种。

上述的用于染料敏化太阳能电池的全固态有机合金电解质的制备方法，其特征在于：将 权利要求1中所述的2种或3种以上的塑晶按照一定比例混合后，加热至完全熔融，搅拌， 使混合均匀，制得均一、稳定溶液，冷却至室温，得到相应的有机合金；然后向所述有机合 金材料中加入配方量的碘，碘化锂或碘化钾或碘化钠；和配方量的选自甲基乙基咪唑碘，叔 丁基吡啶，二(三氟甲基磺酸酰)亚胺锂(LiTFSI)，LiBF₄等电导盐中的一种或几种，加热至 液态，搅拌均匀，冷至室温，即得到全固态有机合金电解质。

本发明的优点在于采用熔融法，将两种或多种塑晶和氧化还原盐融合形成有机合金电解 质材料。与其他制备方法相比，该方法工艺简单、条件易控，以及离子混合均匀，特别适合 制备固态DSSCs。与单一组分的固体电解质相比，由有机合金所制得的DSSCs具有最佳光 电转换效率达到了4.35％，并且具有更好的长期稳定性。

附图说明