[发明专利]一种太阳能电池凝胶电解质及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种太阳能电池部件及其制备方法，尤其涉及染料敏化太阳能电池的凝胶电解质及其制备方法。 

背景技术

电解质是太阳能电池尤其是染料敏化太阳能电池的核心部件，主要起传输氧化还原对的作用，其性能的优劣直接影响太阳能电池效率。 

染料敏化太阳能电池用电解质存在液态、凝胶、固态等多种形式(参见：Dalton.Trans.2008，2655-2666；Adv.Funct.Mater.2009，19，1-16；Adv.Funct.Mater.2007，17，2645-2652)。其中液态电解质多以有机溶剂作为电解质，如乙腈、甲氧基丙腈。此类液体电解质存在易挥发、封装难、稳定性差、高毒性等缺点(参见：Adv.Funct.Mater.2007，17，2645-2652；Electrochimica Acta，2006，51，4243-4249)。而固态电池普遍效率低(参见：Adv.Funct.Mater.2007，16，1832-1838)。凝胶电池因具有较高的电池效率，受到社会的关注。最近，凝胶电池的效率可达7％以上(参见：Adv.Funct.Mater.2007，17，2645-2652，Langmuir 2008，24，9816-9819)。 

近年来，由于离子液体具有零蒸气压、电化学窗口宽、耐热稳定性高、电导率高等优点，成为适用于太阳能用的新型电解质。但离子液体电解质多呈现液态，存在长时间使用出现的渗漏问题，造成电池性能的下降，并对环境产生负面影响。目前，凝胶类染料敏化太阳能电池使用的聚合物多为常用的聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚环氧乙烷、聚偏氟乙烯以及它们的共聚物，也有使用无机纳米材料如TiO₂、SiO₂等胶凝剂，但对电解质电导率和碘的迁移没有贡献。凝胶电解质一般都含有PC、EC、DMF、NMP、GBL、NMO等高沸点的有机溶剂，容易泄漏，并具有一定的毒性。 

例如：专利号为200610105327.0的中国发明专利公开了一种聚合离子液体基凝胶型聚合物电解质及其制备方法，所述电解质由聚甲基丙烯酸酯类聚 合离子液体、单质碘、碳酸乙烯酯与碳酸丙烯酯的混和物、聚丙烯腈(PAN)以及0-0.5份二氧化硅组成。但这种电解质含有碳酸乙烯酯与碳酸丙烯酯等传统有机溶剂，容易泄露，并具有一定的毒性；聚丙烯腈只具有支撑载体的作用，对凝胶电解质的电导率和碘的迁移没有贡献。 

公开号为CN 101245186A的中国发明专利申请公布说明书公开了一种太阳能电池用凝胶状聚离子液体电解质，它的重量百分比组分为：聚组氨酸酯离子液体98～96％，碘单质1～2％，碘化锂1～2％，全部总和为100％；所述的聚组氨酸酯离子液体单体为[R₁NHCOOHCH₂C₃H₂NR₂NR₃]⁺X^-，其中，R₁为苯甲酰基或BOC基；R₂，R₃为烷烃基，X为I^-、SeCN^-或SCN^-。这种电解质具有无毒、环境友好，且价格低廉的优点；此外，这种组氨酸衍生物系列的凝胶电解质具有优秀的粘结性能，使铂电极牢固黏附，提高了电池的填充因子，并形成稳定性好的固态电解质染料敏化纳米晶太阳能电池，但电池效率较低，光电转换效率为1.99％。 

发明内容

本发明目的是提供一种太阳能电池凝胶电解质。 

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种太阳能电池凝胶电解质，包括非聚合型离子液体、添加剂和碘单质，还包括树枝状离子液体，并且按照质量百分数，各组分的含量为： 

树枝状离子液体                5-60％； 

非聚合型离子液体              15-85％； 

添加剂                        0.5-10％； 

碘单质                        0.5-15％； 

所述树枝状离子液体为G1-X、G2-X或G3-X中的一种，其中，G1-X、G2-X或G3-X的化学式如下所示， 

G1-X： 

G2-X：