[发明专利]一种低成本的聚合物电解质及其制备与应用

说明书

技术领域

本发明属于化学、化工、材料及物理技术的交叉领域，涉及一种低成本、操作简单、高离子电导率、可用于染料敏化太阳电池和量子点太阳电池等领域的聚合物电解质材料，特别是一种聚合物电解质及其在染料敏化太阳电池中的应用。

背景技术

光伏发电是太阳能利用的一个重要方式，因此制备具有“高效、低成本”的太阳能电池成为了新一代太阳能行业的发展目标。在这一理念指导下，近几十年来出现了各种新类型和新结构的太阳能电池，如聚合物太阳能电池、染料敏化太阳能电池、量子点敏化太阳能电池，柔性太阳能电池等。然而这些电池大多都存在操作复杂、成本投入高、长期稳定性差和电解质离子电导率低等问题。就染料敏化太阳能电池来说，其电池结构一般由光阳极，对电极和包括氧化还原电对的电解质组成。电解质作为染料敏化太阳能电池的重要组成部分，其性质直接影响到染料敏化太阳能电池的光电性能和稳定性。电解质中氧化还原电对的扩散速度对染料敏化太阳能电池的性能以及光电转换效率均有重要的影响。选择合适的电解质，使得氧化还原电对能够高效地输运电荷对改善电池的性能有着重大意义。目前，染料敏化太阳能电池中液态电解质发展已比较成熟，其最高光电转换效率已经达到13％。然而，虽然液态电解质在染料敏化太阳能电池中已取得了较好的转换效率，但是液态电解质DSSCs存在着电解质易泄露和溶剂易挥发等突出问题，这些严重影响了染料敏化太阳能电池的长期稳定性和进一步商业化应用。

聚合物电解质是一种采用聚合物作为基体制备的电解质，它的离子电导率与液态电解质相近且长期稳定性优异，一直是此领域近年来的研究热点。但是聚合物电解质研究中常用热聚合进行高分子体系的聚合反应，且操作过程复杂，时间周期长，实验过程中常会产生有害物质，这些毫无疑问对聚合物电解质的环境友好型发展和商业潜力开发造成了一定的阻碍。

因此，开发具有更好长期稳定性和高离子电导率的聚合物电解质，降低成本投入，简化操作过程，减少制备过程中有害物的接触与释放，是聚合物电解质发展的方向与重点。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术分析，提供一种低成本，操作简单，性能优良，与现有技术完全不同的聚合物电解质及其制备与应用。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明一种低成本的聚合物电解质，包括甲油胶制备的聚合物薄膜和包含I^—/I₃^—的液态电解质。

本发明中，所用甲油胶为市售甲油胶中的一种或多种。

本发明中，所用液态电解质组分为：0.1M单质碘、0.4M四丁基碘化铵、0.6M 1-丁基-3-甲基咪唑碘、0.1M硫氰酸胍、0.5M 4-叔丁基吡啶，溶剂为乙腈、戊腈、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯中的一种或两种。

本发明一种低成本聚合物电解质的制备方法，步骤为：将甲油胶聚合后得到的聚合物薄膜置于玻璃皿中，用微型注射器在聚合物表面注入少量液态电解质，避光静置后取出，即得到吸附有液态电解质的聚合物电解质。

本发明中，采用甲油胶作为聚合原材料，用刮涂法刮涂成膜后放入紫外固化仪中进行紫外光固化，制备聚合物薄膜。

优选地，紫外光固化采用的光照密度为50～100mW·cm^-2，固化时间为10～300s。

优选地，聚合物薄膜避光静置时间为1～24h。

本发明一种基于聚合物电解质的光电或电光器件,采用由本发明制得或如本发明所述的聚合物电解质。

优选地，光电器件或电光器件为染料敏化太阳能电池，量子点敏化太阳能电池，电化学电容器，锂电池中的一种。

本发明一种染料敏化太阳能电池，电解质采用权利要求5制得或如权利要求3所述聚合物电解质。

本发明一种基于聚合物电解质的染料敏化太阳能电池的制备方法，包括如下步骤，

步骤1，将甲油胶刮涂在干净载玻片上，放入紫外固化仪中光照密度为50～100mW/cm²下固化10～150s，形成白色透明状聚合物薄膜。

步骤2，将聚合物薄膜取下置于玻璃皿中，用微型注射器在聚合物表面注入少量液态电解质，避光静置后取出，得到吸附有液态电解质的聚合物电解质。

步骤3，将聚合物电解质薄膜夹在染料敏化的光阳极和对电极之间，封装后得到染料敏化太阳能电池。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：