[发明专利]用于染料敏化太阳能电池的含氮聚合物电解质及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于染料敏化太阳能电池的含氮聚合物电解质及其制备方法，包括预聚物和液态电解质；预聚物由异氰酸酯与二元胺或多元胺加成聚合反应而制得；液态电解质包括碘盐和碘与有机溶剂，碘盐的I^‑摩尔浓度为0.1～1摩尔/升，碘的I₃^‑的摩尔浓度为0.01～0.1摩尔/升；预聚物与液态电解质的质量比为1:1～10。本发明不仅具有含氮杂环类化合物的优点，提高了电池的光电转换效率，解决了电池的封装和电解质易泄露的问题，而且对人体伤害小，离子电导率高，与电极接触良好，长期稳定性好，减少了制备聚合物电解质的步骤与成本。

技术领域

本发明涉及染料敏化太阳能电池技术领域，尤其涉及一种用于染料敏化太阳能电池的含氮聚合物电解质及其制备方法。

背景技术

1991年M小组开发了新型的染料敏化纳米晶太阳能电池，简称DSSC，为太阳能电池的发展开辟了新的道路(“A low-cost,high-efficiency solar cell based ondye-sensitized colloidal TiO₂ films”.Brain O’Regan and MichaelNature，1991，353:737-740.基于染料敏化的胶体TiO₂膜的低成本、高效率的太阳能电池，《自然》杂志，1991)。

染料敏化太阳能电池由于制作方法简单、成本低廉、转换效率较高而成为传统硅太阳能电池的有力竞争者，引起了广泛的关注和研究，并取得了不错的进展。电解质在电池工作过程中起着再生染料以及传输电子的作用，是DSSC的重要的组成部分，因此电解质的研究对DSSC的应用发展具有重要作用。液态电解质最早被用于DSSC中，虽然效率高但其易挥发、不能保持长时间稳定性，易导致敏化染料的脱附，这些缺点限制了DSSC的发展。针对液态电解质的以上缺点，聚合物材料和盐类复合制备的聚合物电解质不易流动，具有良好的机械性能，安全、稳定，可有效解决液态电解质所存在的问题。稳定性较高的聚合物电解质，是DSSC电解质的发展方向。但是这种聚合物电解质普遍存在离子电导率低、与电极接触性差等问题。

已知在液态电解质中添加含氮杂环类化合物可以有效改善DSSC的性能。含氮杂环类化合物中N原子与二氧化钛电极上的Ti原子能够产生配位效应，通过抑制TiO₂光电阳极界面处的光致电子与I₃^-之间的电荷重组反应来改善DSSC的开路电压和光电转化效率。但额外添加小分子含氮杂环类化合物会增加合成电解质的步骤和成本，而且大多数含氮杂环类化合物对人体有害且污染环境。

发明内容

针对现有技术中的上述不足之处，本发明提供了一种用于染料敏化太阳能电池的含氮聚合物电解质及其制备方法，不仅具有含氮杂环类化合物的优点，提高了电池的光电转换效率，解决了电池的封装和电解质易泄露的问题，而且对人体伤害小，离子电导率高，与电极接触良好，长期稳定性好，减少了制备聚合物电解质的步骤与成本。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种用于染料敏化太阳能电池的含氮聚合物电解质，包括预聚物和液态电解质；

所述预聚物由异氰酸酯与二元胺或多元胺加成聚合反应而制得；

所述液态电解质包括碘盐和碘与有机溶剂，碘盐的I^-摩尔浓度为0.1～1摩尔/升，碘的I₃^-的摩尔浓度为0.01～0.1摩尔/升；

所述预聚物与液态电解质的质量比为1:1～10。

优选地，所述二元胺或多元胺为3,3’-二甲基-4,4-二氨基二环己基甲烷，4,4-二氨基二环己基甲烷、甲基环己二胺、三乙烯二胺、聚醚多元胺中的一种或两种。