[发明专利]聚合物电解质、制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚合物电解质，本发明还涉及聚合物电解质的制备方法及应用。

背景技术

虽然基于液态电解质的染料敏化纳米晶太阳能电池取得了较高的光电转换效率，但是液态电解质易泄露、挥发，致使组装而成的电池密封困难，且在长期实际应用中性能下降，使用寿命缩短。经大量实际研究可知：为了解决液体电解质存在的问题，可以用固体电解质替代液体电解质或采用凝胶电解质，从而发展固态或准固态太阳能电池。

以高分子聚合物为基体的准固态电解质在材料的选择、设计及合成上具有灵活性，并且制备工艺相对比较简单，其组装而成的染料敏化纳米晶太阳能电池可获得较高的光电转换效率。但是聚合物电解质离子电导率低、离子扩散系数小以及与工作电极间接触性差，致使采用聚合物电解质的染料敏化纳米晶太阳能电池的光电转换效率低于基于液态电解质的染料敏化纳米晶太阳能电池。

短路电流的提高有助于提高染料敏化纳米晶太阳能电池的光电转换效率，因此，目前已通过向聚合物电解质中添加助剂实现了短路电流的提高。

例如，专利号为ZL201210057963.6的中国发明专利《太阳能电池改性聚合物电解质及制备方法和应用》(授权公告号为CN102543451B)公开了一种太阳能电池改性聚合物电解质，包括聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯混合物、二氧化硅纳米粒子、氧化还原电对、酰胺及有机溶剂。因该发明中的酰胺的氧原子易与电解质中的K⁺发生反应，有利于电子的传输，从而提高了聚合物电解质的短路电流，最终可提高电池效率。但是该发明的聚合物电解质中添加了酰胺后，其短路电流提高的程度有限，不能大幅度地提高电池的光电转换效率。

又如专利号为ZL201210058165.5的中国发明专利《染料敏化纳米晶太阳能电池准固态电解质及其制备方法和应用》(授权公告号为CN102543447B)公开的准固态电解质包括：聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯混合物、二氧化硅纳米粒子、氧化还原电对、双(三氟甲基磺酰亚胺)锂及有机溶剂。其中双(三氟甲基磺酰亚胺)锂起着增塑剂的作用，有利于提高准固态电解质的离子电导率，最终促进染料敏化纳米晶太阳能电池效率的提高。但是该增塑剂对短路电流提高的程度有限，同样不能大幅度地提高电池的光电转换效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种有利于电子传输、具有高离子电导率的聚合物电解质。

本发明所要解决的又一个技术问题是提供一种聚合物电解质的制备方法。

本发明所要解决的又一个技术问题是提供一种聚合物电解质在染料敏化纳米晶太阳能电池上的应用。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种聚合物电解质，其特征在于包括混合物A、有机溶剂B、摩尔比为1∶7～1∶10的I₂/KI氧化还原电对、交联剂以及增塑剂；

所述混合物A包括重量比为1∶4～4∶1的聚氧乙烯和偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物，所述混合物A的总重量为有机溶剂B重量的2％～10％；

所述有机溶剂B包括体积比为1∶8～8∶1的碳酸丙烯酯和乙二醇二甲醚；

所述I₂/KI氧化还原电对中的K与聚氧乙烯中的O满足，K/O摩尔比为0.6～0.8；

所述交联剂的重量为混合物A总重量的25％～125％；

所述增塑剂的重量为混合物A总重量的10％～30％。

作为上述技术方案中交联剂的优选，所述交联剂为浓度为1g/ml～5g/ml甲基丙烯酸羟酯的乙二醇溶液，所述甲基丙烯酸羟酯包括甲基丙烯酸羟甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯及甲基丙烯酸羟丙酯中的一种或多种，优选为浓度为2g/ml的甲基丙烯酸羟甲酯的乙二醇溶液。

聚合物电解质还包括无水乙醇，所述增塑剂与无水乙醇的配比为0.002g/ml～0.1g/ml。

作为改进，上述技术方案中的增塑剂具体为二氧化硅纳米粒子。在聚合物电解质中，二氧化硅纳米粒子起着固体增塑剂的作用，能有效提高聚合物电解质的离子电导率。

一种聚合物电解质的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

①按重量比1∶4～4∶1称取聚氧乙烯和偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物，混合组成混合物A，按体积比1∶8～8∶1量取碳酸丙烯酯和乙二醇二甲醚，混合组成有机溶剂B，将混合物A加入至有机溶剂B中，混合物A的总重量为有机溶剂B重量的2％～10％，60℃～100℃下水浴，直至完全溶解，加入增塑剂，所述增塑剂的重量为混合物A总重量的10％～30％，得到高分子纳米混合液；