專利名稱：用于光電化學裝置中的電解質制劑的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于光電化學裝置中的電解質制劑，更具體而言，涉及其在染料敏化的太陽能電池中的應用。
背景技術：
染料敏化的太陽能電池(DSC)形式的光電化學裝置通常包括如下設置:設置在第一基板上的染料敏化工作電極、設置在第二基板上的反電極和密封在基板之間的電解質。所述電解質在電極之間完成光電化學回路。為構成DSC電池，必須在電極之間引入電解質。迄今，所使用的最常見的技術之一為用液體電解質真空回填。在該技術中，在不使用電解質的情況下構造電池。然后使用真空源將空氣從電極之間的空隙排空，通常通過在電池基板之一中或在兩塊基板之間的密封區域處提供小充填孔或類似方式來實現。然后經由閥門裝置將液體電解質源與該充填孔流體連通。電解質由于電池內部低于環境空氣的壓力而被抽入電池中，隨后封閉充填孔。這種方法的消除了對真空的需要的變體使用兩個孔，其一可使加壓電解質流體通過其進入，而另一個可使包含在基板之間的氣體通過其離去。另一項技術是通過如下方式分層構造裝置:制備帶有電極的兩塊基板，將電解質施加到電極之一，隨后將兩塊基板放在一起。然而，迄今使用的液體電解質苦于如下問題:在沉積期間的潑灑問題和在兩塊基板的層壓過程中的容納問題。為解決該問題，電解質可以流變改性電解質的形式提供，例如增稠至較高粘度或膠凝化。凝膠電解質的較高粘度有助于在電池裝配期間將電解質保持在適當的位置。迄今，膠凝化電解質已以兩相制劑提供，其是具有添加的無機或聚合增稠劑(諸如納米顆粒二氧化硅或聚偏二氟乙烯)的液體電解質。增稠劑作為細顆粒分散在液體電解質中。已發現膠凝化電解質的問題在于它們能阻塞分配系統噴嘴，并且還因為其多相特性而容易隨時間分離。需要采用不同沉積技術的既長期穩定又適用于多種制造方法的改進的電解質制劑。
發明內容
在第一方面，本發明提供了一種用于光電化學裝置中的電解質制劑，其包括增稠劑；其中所述增稠劑被溶解在電解質中。所述增稠劑可以是聚合的。所述增稠劑可包括聚乙烯基烷基醛樹脂，諸如聚乙烯醇縮丁醛。所述增稠劑可包括聚乙二醇。 所述增稠劑可包括烷基纖維素，諸如乙基纖維素。所述增稠劑可包括聚環氧烷，諸如聚環氧乙烷。所述增稠劑可包括羥基烷基纖維素，諸如羥丙基纖維素。
所述增稠劑可包括以下中的任何品種:聚丙烯腈、聚乙酸乙烯酯、聚碳酸亞烴酯共聚物或聚乙烯基烷基醚諸如聚乙烯基甲基醚或聚乙烯基乙基醚。所述增稠劑可以介于0.lwt%到20wt%之間的量存在。所述增稠劑可以介于2wt%到9wt%之間的量存在。所述增稠劑可以約6wt%的量存在。所述制劑還可包含通常基于納米顆粒金屬離子的化合物。在第二方面，本發明提供了一種光電化學裝置，其包括根據本發明第一方面的電解質制劑。所述光電化學裝置可以是染料敏化的太陽能電池。
現在將僅通過舉例并參考附圖，說明本發明的實施方式，其中:圖1是說明電解質樣品的電解質流變學的測量的實驗結果的圖；圖2是說明圖1的某些電解質樣品的離子電導率的試驗結果的圖；和圖3是說明使用圖1的某些電解質制劑構造的染料敏化太陽能電池的長期穩定性的實驗結果的圖。
具體實施例方式以如下方式制備根據本發明一個實施方式的電解質制劑:a)制備電解質(在腈基溶劑中的氧化還原電對基電解質)。這樣的電解質在本領域中是已知的，因此在這里不提供詳細解釋。b)過濾電解質以去除任何殘留的固體顆粒。c)添加量為約6wt%左右的聚合增稠劑，例如，B-79聚乙烯醇縮丁醛；如果需要，任選地添加金屬離子基改性劑。d)通過混合均化(例如，使用合適設備振蕩或攪拌)。e)任選地，例如在烘箱中加熱過夜或者在合適的加熱夾套、罩套或類似裝備中加熱，任選地，此加熱可與諸如(d)中所用的攪拌合并。f)重復/繼續d)和e)，直至增稠劑被完全溶解以及(如果使用的話)金屬離子基添加劑被均勻分散。g)過濾電解質制劑以去除在所需閾值尺寸之上的任何殘留固體顆粒。現在所制得的電解質制劑已準備好用于以任何已知方式(諸如真空回填)或新型方法(諸如下面所述者)構造染料太陽能電池。添加聚合增稠劑最初會造成粘度的牛頓升高(Newtonian increase);并且在較高負荷下造成假塑性(剪切稀化)行為。對電解質的流變行為加以控制有利于更寬和更方便的沉積過程窗口，并且允許使用非傳統的電解質填充技術。此外，聚合增稠劑在改變表面張力和改變電解質的其它流體特性中的作用也有助于促進對電解質一旦沉積到基板上時的流動行為的更好控制。另外，由于電解質從電池中逸出的能力變差，相信提高電解質的粘度和提高表面張力在用該電解質制成的電池的長期穩定性方面具有有益效果。參考圖1、2和3，以圖表的形式顯示了多種增稠電解質制劑的實驗結果。制劑A是未增稠的參比樣品。制劑B、C和D分別基于含有以2.3%、4.5%和6%濃度添加的B-76分子量聚乙烯醇縮丁醛的制劑A。制劑E基于含有以3%濃度添加的B-79分子量聚乙烯醇縮丁醛的制劑A。參考圖1，每個樣品的流變學表現為粘度對剪切速率。圖2顯示了離子電導率，且圖3顯示了作為效率對時間的長期穩定性。結果顯示制劑B、C、D和E具有可接受的電導率和長期穩定性，并且證實了其適合用于可行的染料敏化太陽能電池。在上述實施方式中，使用了增稠劑，其是聚乙烯醇縮丁醛形式的聚乙烯基烷基醛樹脂。實驗顯示其它增稠劑可用于類似效果，諸如聚乙二醇、烷基纖維素諸如乙基纖維素、聚環氧烷諸如聚環氧乙烷；羥基烷基纖維素諸如羥丙基纖維素；聚丙烯腈；聚乙酸乙烯酯、聚碳酸亞烴酯共聚物或者聚乙烯基烷基醚諸如聚乙烯基甲基醚或聚乙烯基乙基醚。此外，實驗顯示這些增稠劑也可任選與更多傳統的電解質膠凝劑協同使用，例如金屬離子基化合物(諸如二氧化硅、氧化鋁、粘土、滑石、二氧化鈦等)或者聚偏1，1-二氟乙烯或其共聚物變體。可以看到本發明的實施方式給出了至少一種以下優點。.使用溶解的增稠劑解決了分配系統阻塞的問題.可對電解質粘度加以控制以優化多種沉積技術.提高和控制電解質的表面張力以改善應用階段中的電解質流動.不會顯著影響電池性能除非另外表明，本文所包含的對現有技術的任何引用不被認為是承認該信息為公知常識。最后，應意識到可對前面所述部分進行多種改變或增補而不會背離本發明的精神或范圍。
權利要求
1.一種用于光電化學裝置中的電解質制劑，包括:增稠劑； 其中所述增稠劑被溶解在所述電解質中。
2.如權利要求1所述的電解質制劑，其中所述增稠劑是聚合的。
3.如權利要求2所述的電解質制劑，其中所述增稠劑包括聚乙烯基烷基醛樹脂，諸如聚乙烯醇縮丁醛。
4.如權利要求2所述的電解質制劑，其中所述增稠劑包括聚乙二醇。
5.如權利要求2所述的電解質制劑，其中所述增稠劑包括烷基纖維素，諸如乙基纖維素。
6.如權利要求2所述的電解質制劑，其中所述增稠劑包括聚環氧烷，諸如聚環氧乙烷。
7.如權利要求2所述的電解質制劑，其中所述增稠劑包括羥基烷基纖維素，諸如羥丙基纖維素。
8.如權利要求2所述的電解質制劑，其中所述增稠劑包括以下中的任意品種:聚丙烯腈、聚乙酸乙烯酯、聚碳酸亞烴酯共聚物或聚乙烯基烷基醚，諸如聚乙烯基甲基醚或聚乙烯基乙基醚。
9.如前述權利要求中任一項所述的電解質制劑，其中所述增稠劑以0.1被％到20被％的量存在。
10.如前述權利要求中任一項所述的電解質制劑，其中所述增稠劑以2wt%到9wt%的量存在。
11.如前述權利要求中任一項所述的電解質制劑，其中所述增稠劑以約6wt%的量存在。
12.如前述權利要求中任一項所述的電解質制劑，還包括通常基于納米顆粒金屬離子的化合物。
13.一種光電化學裝置，包括如前述權利要求中任一項所述的電解質制劑。
14.如權利要求13所述的光電化學裝置，其中所述裝置是染料敏化的太陽能電池。
全文摘要
公開了一種用于光電化學裝置的電解質制劑，包括增稠劑；其中所述增稠劑被溶解在電解質中。所述增稠劑可以是聚合的。
文檔編號H01M6/14GK103190024SQ201180051864
公開日2013年7月3日 申請日期2011年10月25日 優先權日2010年10月26日
發明者D.米利肯, S.Z.阿邁德, N.江 申請人:戴索工業有限公司