專利名稱：電解質添加劑、電解質及其太陽能電池的制作方法
技術領域：
本發明涉及太陽能電池技術領域，尤其涉及一種用于染料敏化太陽電池的電解質添加劑、電解質及其太陽能電池。
背景技術：
染料敏化太陽能電池(Dye-sensitized Solar Cells, DSCs)是一種高效、廉價的新型有機薄膜太陽能電池。所述染料敏化太陽能電池包括呈面向設置并分別用于制備光陽極和對電極的透明導電基板、沉積在所述其中之一透明導電基板上的納米晶多孔薄膜、吸附在所述納米晶多孔薄膜表面的染料敏化劑，以及設置在所述透明導電基板之間的電解質。
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所述染料敏化太陽能電池的工作原理如下第一、所述染料敏化劑受太陽光照射，產生電子-空穴對；第二、所述光生電子快速注入到所述納米晶多孔薄膜的納米晶半導體顆粒的導帶中；第三、所述光生電子經納米晶半導體多孔薄膜傳遞到透明導電基板；第四、所述光生電子再經外電路傳遞到另一透明導電基板；第五、所述氧化態的染料敏化劑在氧化還原電對的作用下回到基態，如此循環構成太陽能電池。在電子的循環過程中，電解質起著傳遞載流子的作用，氧化還原電對在電解質中的擴散以及載流子在電解質中的復合直接影響了 DSCs的光電性能。所述電解質是太陽能電池，尤其是染料敏化太陽能電池的重要組成部分，是光陽極和對電極之間電荷傳輸的媒介，使得所述太陽能電池中的各個組分分別回到其初始狀態，組成一個閉合回路，其性能的優劣直接影響所述太陽能電池的光電性能。另外，電解質添加劑是電解質的重要組成部分，且所述電解質添加劑對所述太陽能電池的開路電壓，短路電流及暗電流產生非常重要的影響。目前，常用的添加劑如已在國外文獻上公開的4-叔丁基吡啶(TBP)和N-甲基苯并咪唑(NMB)。同時，在專利號為200810104933. X的中國專利中也揭露了一種采用2-甲基-4硝基吡啶N-O為起始反應物制備的染料敏化太陽能電池電解質添加劑。該類電解質添加劑由于烷氧基團和吡啶環形成共軛作用，使得吡啶環上氮原子的孤對電子密度增大，進而與所述染料敏化太陽能電池二氧化鈦光陽極表面的Ti4+離子形成強的配位作用。因而，該類電解質添加劑可以作為染料敏化太陽能電池電解質的添加劑，用于提高染料敏化太陽能電池的開路電壓。但是，由于所述4-叔丁基吡啶(TBP)、N-甲基苯并咪唑(NMB)、2_甲基_4烷氧基吡啶化合物等常規電解質添加劑沸點低(190-250°C )、易揮發、易泄露，以及電池高溫運行的易燃性和熱不穩定性等因素造成所述染料敏化太陽能電池的不穩定和性能下降。此外，所述雜環化合物電解質添加劑的合成工藝難度大、制造成本昂貴等系列問題同樣嚴重的制約了所述染料敏化太陽能電池的研究及大規模工業化生產。因此，開發一種無污染、穩定性好、價格低廉的添加劑具有重大的意義。故針對現有技術存在的問題，本案設計人憑借從事此行業多年的經驗，積極研究改良，于是有了發明一種用于染料敏化太陽電池的電解質添加劑、電解質及其染料敏化太陽能電池。
發明內容
本發明是針對現有技術中，傳統的電解質添加劑的合成工藝難度大、制造成本昂貴等缺陷提供一種電解質添加劑。本發明的又一目的是針對現有技術中，傳統的電解質添加劑的合成工藝難度大、制造成本昂貴等缺陷提供一種電解質添加劑的制備方法。本發明的第三目的是針對現有技術中，傳統的電解質添加劑的合成工藝難度大、制造成本昂貴等缺陷提供一種具有合成步驟簡單、性能穩定、價格低廉，且不易揮發和泄露，不會對環境造成污染的電解質。本發明的第四目的是針對現有技術中，傳統的電解質添加劑的合成工藝難度大、制造成本昂貴等缺陷提供一種具有合成步驟簡單、性能穩定、價格低廉，且不易揮發和泄露，不會對環境造成污染的電解質的制備方法。本發明的第五目的是針對現有技術中，傳統的電解質添加劑的合成工藝難度大、制造成本昂貴等缺陷提供一種性能優良、穩定性高的染料敏化太陽能電池。為了解決上述問題，本發明提供一種電解質添加劑，所述電解質添加劑為季銨鹽離子液體添加劑，所述電解質添加劑具有如下的化學式結構
權利要求
1.一種電解質添加劑，其特征在于，所述電解質添加劑為季銨鹽離子液體添加劑，所述電解質添加劑具有如下的化學式結構
2.如權利要求I所述的電解質添加劑的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括 執行步驟SI :量取4- 二甲氨基吡啶和相對于所述4- 二甲氨基吡啶過量的鹵代烷反應，其反應式為
3.如權利要求2所述的電解質添加劑的制備方法，其特征在于，所述制備方法進一步包括 執行步驟S3 :將所制備的電解質添加劑進一步在陰離子BF4_、PF6_、CF3SO3' C2F5SO3'[N (SO2CF3) 2]' [N (SO2C2F5) 2]' [N (SO2C3F7) 2]' SCN' N (CN) 2、C (CN3)' SiF6' B (CN) 4\ CF3COO'C2F5COO' N03_、SO廣、C104_、PO4^其中之一的鹽溶液中充分的進行陰離子交換，以獲得所述的電解質添加劑。
4.如權利要求2 3任一權利要求所述的電解質添加劑的制備方法，其特征在于，所述用于洗滌工序的洗滌溶液為乙醚。
5.如權利要求2 3任一權利要求所述的電解質添加劑的制備方法，其特征在于，所述鹽溶液包括但不限于鈉鹽、鋰鹽、鉀鹽或銀鹽的其中之一或其混合物。
6.一種具有如權利要求I所述電解質添加劑的電解質，其特征在于，所述電解質包括具有不同陰離子，Cl' Br' I' BF4' PF6' CF3SO3' C2F5SO3' [N(SO2CF3)2]' [N(SO2C2F5)2]'[N(SO2C3F7)2]' SCN' N(CN)2' C(CN3)' SiF6' B(CN)4' CF3COO' C2F5COO' NO3' SO42' ClO4'P04_的其中之一離子的化合物，或者具有不同陰離子，例如Cl' Br' 1_、BF4_、PF6_、CF3SO3'C2F5SO3' [N(SO2CF3)2]' [N(SO2C2F5)2]\ [N(SO2C3F7)2]'SCN'N(CN)2\C(CN3)'SiF6'B(CN)4\CF3COO' C2F5COO' N03_、SO42' C104_、P04_的不同離子的化合物所形成的混合物添加劑。
7.如權利要求6所述的電解質的制備方法，其特征在于，所述電解質的制備方法包括 執行步驟SI :將所述電解質添加劑按照摩爾濃度0. n. Omol/L，添加到電解質中； 執行步驟S2 :將所述電解質添加劑在所述電解質中溶解均勻以獲得本發明所述用于染料敏化太陽能電池的電解質。
8.如權利要求7所述的電解質的制備方法，其特征在于，所述電解質為液態電解質、擬固態電解質或固態電解質的其中之一。
9.如權利要求7 8任一權利要求所述的電解質的制備方法，其特征在于，所述電解質為12的Y-丁內酯(GBL)有機溶劑電解質、I2與聚偏氟乙烯(PVDF)的Y-丁內酯(GBL)有機溶劑電解質、I2的I-甲基-3-丙基咪唑碘化鹽(PMII)的離子液態電解質、I2的I-甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸鹽(EminBF4)的離子液態電解質的其中之一。
10.一種染料敏化太陽能電池，其特征在于，所述染料敏化太陽能電池具有如權利要求6所述的電解質。
全文摘要
一種電解質添加劑，所述電解質添加劑為季銨鹽離子液體添加劑，所述電解質添加劑具有如下的化學式結構其中，所述R為C1~C16烷基取代基；所述為陰離子，Cl-、Br-、I-、BF4-、PF6-、CF3SO3-、C2F5SO3-、[N(SO2CF3)2]-、[N(SO2C2F5)2]-、[N(SO2C3F7)2]-、SCN-、N(CN)2-、C(CN3)-、SiF6-、B(CN)4-、CF3COO-、C2F5COO-、NO3-、SO42-、ClO4-、PO4-的其中之一離子。本發明所述用于染料敏化太陽能電池電解質添加劑合成步驟簡單、性能穩定、價格低廉，且不易揮發和泄露，不會對環境造成污染。將本發明所述的電解質添加劑加入到電解質中，并制備的染料敏化太陽能電池性能優良、穩定性高，且令染料敏化太陽能電池更加綠色環保，更加突顯出這一綠色能源的獨特優勢。
文檔編號H01G9/20GK102789902SQ201210265300
公開日2012年11月21日 申請日期2012年7月28日 優先權日2012年7月28日
發明者張鴻, 翁韜, 馬廷麗 申請人:營口奧匹維特新能源科技有限公司