專利名稱：一種染料敏化納米晶太陽能電池聚合物電解質及其制備方法和應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種太陽能電池聚合物電解質，本發明還涉及該電解質的制備方法和應用。
背景技術：
雖然基于液態電解質的染料敏化納米晶太陽能電池取得了較高的光電轉換效率，但是液態電解質易泄露、揮發，致使組裝而成的電池密封困難，且在長期實際應用中性能下降，使用壽命縮短。經大量實際研究可知為了解決液體電解質存在的問題，可以用固體電解質替代液體電解質或采用凝膠電解質，從而發展固態或準固態太陽能電池。以高分子聚合物為基體的準固態電解質在材料的選擇、設計及合成上具有靈活性，并且制備工藝相對比較簡單，其組裝而成的染料敏化納米晶太陽能電池可獲得較高的光電轉換效率。但是聚合物電解質離子電導率低、離子擴散系數小以及與工作電極間接觸性差，致使采用聚合物電解質的染料敏化納米晶太陽能電池的光電轉換效率低于基于液態電解質的染料敏化納米晶太陽能電池。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對上述的技術現狀而提供了一種提高電解質離子電導率及離子擴散系數從而能提高電池短路電流的染料敏化納米晶太陽能電池聚合物電解質。本發明所要解決的有一個技術問題是針對上述的技術現狀而提供了一種提高電解質離子電導率及離子擴散系數從而能提高電池短路電流的染料敏化納米晶太陽能電池聚合物電解質的制備方法。本發明所要解決的有一個技術問題是提供了染料敏化納米晶太陽能電池聚合物電解質的應用。本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為一種染料敏化納米晶太陽能電池聚合物電解質，其特征在于包括如下組分聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯混合物、二氧化硅納米粒子、摩爾比為1:10的I2/KI氧化還原電對、四氟硼酸季銨鹽及有機溶劑Α，前述的有機溶劑A由碳酸丙烯酯和乙二醇二甲醚組成，并且碳酸丙烯酯與乙二醇二甲醚的體積比為1:8 8:1 ;前述聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯重量比為I: Γ4:1，并且，聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯總重量為有機溶劑A重量的2°/Γ Ο% ；前述二氧化硅納米粒子的重量為聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯總重量的10%"30% ；前述Ι2/ΚΙ氧化還原電對中的K與聚氧乙烯中的O滿足Κ/0摩爾比為4:5 ;前述四氟硼酸季銨鹽與聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯總重量的重量比為1:10 1·3:1。所述的四氟硼酸季銨鹽可以是四乙基四氟硼酸銨、四甲基四氟硼酸銨及四氟硼酸芐基三乙基銨中的至少一種。一種染料敏化納米晶太陽能電池聚合物電解質的制備方法，其特征在于包括如下步驟①按重量比為1:41:1稱取 聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯溶于混合有機溶劑A中，聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯總重量為有機溶劑A重量的29TlO%，并在6(T10(TC下水浴加熱使其溶解，二氧化硅納米粒子用無水乙醇溶解并加入到混合物中，二氧化硅納米粒子的重量為聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯總重量的1(Γ30%，繼續加熱攪拌均勻，得到高分子納米粒子混合液，前述的有機溶劑A由碳酸丙烯酯和乙二醇二甲醚組成，并且，碳酸丙烯酯與乙二醇二甲醚的體積比為1:81:1 ;②向步驟①所得的高分子納米粒子混合液中加入Ι2/ΚΙ氧化還原電對，常溫下攪拌41小時至混合均勻，得到聚合物電解質，其中，Ι2/ΚΙ氧化還原電對摩爾比為I2 = KI=I: 10，Ι2/ΚΙ氧化還原電對中的K與聚氧乙烯中的O滿足Κ/0摩爾比為4:5 ；③在不斷攪拌的同時，向步驟②得到的聚合物電解質中加入四氟硼酸季銨鹽，四氟硼酸季銨鹽與聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯總重量的重量比為1:1(Γ1.3:1，持續攪拌至混合均勻，得四氟硼酸季銨鹽改性聚合物電解質。利用電解質制備染料敏化納米晶太陽能電池的方法，其特征在于在染料敏化納米晶薄膜表面滴加改性聚合物電解質，然后在6(TlO(TC的烘箱內烘烤廣3小時，加上鍍鉬的導電玻璃對電極，持續烘烤至電極間牢固結合，即可組裝成染料敏化納米晶太陽能電池。。與現有技術相比，本發明的優點在于本發明可以有效的提高電解質離子電導率及離子擴散系數從而能提高電池短路電流，進而提高了聚合物電解質染料敏化納米晶太陽能電池的效率。基于準固態電解質的太陽能電池的光電轉化效率之所以低于基于也態電解質的太陽能電池的效率，其最重要的原因之一在于準固態電解質中的離子遷移率(具體表現為離子擴散系數)明顯小于液態電解質中的離子遷移率，這從而影響了電解質的離子電導率，最終很大程度地影響了太陽能電池的短路電流。而在本發明中，因在準固態電解質中加入了四氟硼酸季銨鹽，其季銨陽離子與碘離子作用產生配位化合物，從而有利于碘離子在電解質中的傳輸，從而增大了電解質中V的擴散系數，最終提高了太陽能電池的短路電路及其光電轉化效率。
具體實施例方式以下結合實施例對本發明作進一步詳細描述。實施例I :0. IOg四乙基四氟硼酸銨加入到PEO/P (VDF-HFP)(聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯混合物)/納米SiO2復合體系。按重量比為2:3稱取O. 2g的PEO/P(VDF-HFP)在80°C混合于6g體積比為7:3的PC(碳酸丙烯酯)和DME(乙二醇二甲醚)的有機溶劑中，持續攪拌至溶解完全，然后加入O. 02g SiO2納米顆粒和無水乙醇，SiO2納米粒子無水乙醇溶液按照如下比例配比0. 002g/mfO. lg/ml,繼續加熱攪拌使其混合均勻。二氧化娃納米粒子作為高分子的固體增塑劑。二氧化硅納米粒子用無水乙醇溶解并加入到混合物中。
向混合溶液中加入O. 038g 12與0. 25g KI，構成氧化還原電對。常溫下攪拌4 8小時至共混均勻。在攪拌的同時向準固態電解質中加入O. IOg四乙基四氟硼酸銨，持續攪拌12 24小時。O. IOg四乙基四氟硼酸銨改性后測得準固態電解質離子電導率為0. 64mS. cnT1，將經過O. IOg四乙基四氟硼酸銨改性的準固態電解質體系滴加到染料敏化納米晶膜上，水平放置到烘箱中在70°C的環境下持續烘烤廣3小時，蓋上鉬對電極，繼續烘烤至電極間牢固結
八
口 ο在室溫環境，使用氣燈模擬太陽光，光強為96. 17mff. cm_2(光強使用娃光電二極管標定)條件下，測得O. IOg四乙基四氟硼酸銨改性的準固態電解質染料敏化納米晶太陽能電池(有效光照面積為O. 16cm2)的短路電流為14. 26mA. cm_2，比未經四乙基四氟硼酸銨改性的 準固態電解質太陽能電池短路電流(11. 57mA. cm_2)提高了 23% ;其光電轉換效率為5. 76%，比未經四乙基四氟硼酸銨改性的準固態電解質太陽能電池效率(4. 75%)提高了約21%。實施例2 :0. 15g四乙基四氟硼酸銨加入到PEO/P(VDF-HFP)/納米SiO2復合體系。按重量比為2:3稱取O. 2g的PEO/P(VDF-HFP)在80°C混合于6g體積比為7:3的PC和DME的有機溶劑中，持續攪拌至溶解完全，然后加入O. 02g SiO2和無水乙醇，繼續加熱攪拌使其混合均勻。向混合溶液中加入O. 038g 12與0.258 KI，構成氧化還原電對。常溫下攪拌4 8小時至共混均勻。在攪拌的同時向準固態電解質中加入O. 15g四乙基四氟硼酸銨，持續攪拌12 24小時。O. 15g四乙基四氟硼酸銨改性后測得準固態電解質離子電導率為d.OemS.cnT1。將經過O. 15g四乙基四氟硼酸銨改性的準固態電解質體系滴加到染料敏化納米晶膜上，水平放置到烘箱中在70°C的環境下持續烘烤廣3小時，蓋上鉬對電極，繼續烘烤至電極間牢固
彡口口 在室溫環境，使用氣燈模擬太陽光，光強為96. 17mff. cm 2 (光強使用娃光電二極管標定)條件下，測得O. 15g四乙基四氟硼酸銨改性的準固態電解質染料敏化納米晶太陽能電池(有效光照面積為O. 16cm2)的短路電流為14. 70mA. cm_2，比未經四乙基四氟硼酸銨改性的準固態電解質太陽能電池短路電流(11. 57mA. cm—2)提高了 27. 1% ;其光電轉換效率為6. 24%，比未經四乙基四氟硼酸銨改性的準固態電解質太陽能電池效率(4. 75%)提高了約 31. 4% ο實施例3 :0. 20g四乙基四氟硼酸銨加入到PEO/P(VDF-HFP)/納米SiO2復合體系。按重量比為2:3稱取O. 2g的PEO/P(VDF-HFP)在80°C混合于6g體積比為7:3的PC和DME的有機溶劑中，持續攪拌至溶解完全，然后加入O. 02g SiO2和無水乙醇，繼續加熱攪拌使其混合均勻。向混合溶液中加入O. 038g 12與0.258 KI，構成氧化還原電對。常溫下攪拌4 8小時至共混均勻。在攪拌的同時向準固態電解質中加入O. 20g四乙基四氟硼酸銨，持續攪拌12 24小時。O. 20g四乙基四氟硼酸銨改性后測得準固態電解質離子電導率為=OJSmS-Cm'將經過O. 20g四乙基四氟硼酸銨改性的準固態電解質體系滴加到染料敏化納米晶膜上，水平放置到烘箱中在70°C的環境下持續烘烤廣3小時，蓋上鉬對電極，繼續烘烤至電極間牢固彡口口 在室溫環境，使用氣燈模擬太陽光，光強為96. 17mff. cm 2 (光強使用娃光電二極管標定)條件下，測得O. 20g四乙基四氟硼酸銨改性的準固態電解質染料敏化納米晶太陽能電池(有效光照面積為O. 16cm2)的短路電流為14. 34mA. cm_2，比未經四乙基四氟硼酸銨改性的準固態電解質太陽能電池短路電流(11. 57mA. cm—2)提高了 23. 9% ;其光電轉換效率為5. 56%，比未經四乙基四氟硼酸銨改性的準固態電解質太陽能電池效率(4. 75%)提高了約 17. 1%。對比實施例按重量比為2:3稱取O. 2g的PEO/P(VDF-HFP)在80°C混合于6g體積比為7:3的PC和DME的有機溶劑中，持續攪拌至溶解完全，然后加入O. 02g SiO2和無水乙醇，繼續加熱攪拌使其混合均勻。 向混合溶液中加入O. 038g 12與0.258 KI，構成氧化還原電對。常溫下攪拌4 8小時至共混均勻。將未經四乙基四氟硼酸銨改性的準固態電解質體系滴加到染料敏化納米晶膜上，水平放置到烘箱中在70°C的環境下持續烘烤廣3小時，蓋上鉬對電極，繼續烘烤至電極間
牢固結合。在室溫環境，使用氣燈模擬太陽光，光強為96. 17mff. cm 2 (光強使用娃光電二極管標定)條件下，測得未經四乙基四氟硼酸銨改性的準固態電解質染料敏化納米晶太陽能電池(有效光照面積為O. 16cm2)的光電轉換效率為4. 75%。上述實施例中的四乙基四氟硼酸銨，也可以用四甲基四氟硼酸銨和四氟硼酸芐基三乙基銨替代，光電轉換效率也是提高了很多，這里不再繼續展開。
權利要求
1.一種染料敏化納米晶太陽能電池聚合物電解質，其特征在于包括如下組分聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯混合物、二氧化硅納米粒子、摩爾比為1:10的I2/KI氧化還原電對、四氟硼酸季銨鹽及有機溶劑Α，前述的有機溶劑A由碳酸丙烯酯和乙二醇二甲醚組成，并且碳酸丙烯酯與乙二醇二甲醚的體積比為1:81:1 ; 前述聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯重量比為1:4 4:1，并且，聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯總重量為有機溶劑A重量的29TlO% ； 前述二氧化硅納米粒子的重量為聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯總重量的10%"30% ； 前述12/κ 氧化還原電對中的K與聚氧乙烯中的O滿足Κ/0摩爾比為4:5 ; 前述四氟硼酸季銨鹽與聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯總重量的重量比為1:10 1·3:1。
2.根據權利要求I所述的染料敏化納米晶太陽能電池聚合物電解質，其特征在于所述的四氟硼酸季銨鹽為四乙基四氟硼酸銨、四甲基四氟硼酸銨及四氟硼酸芐基三乙基銨中的至少一種。
3.一種染料敏化納米晶太陽能電池聚合物電解質的制備方法，其特征在于包括如下步驟 ①按重量比為1:41:1稱取聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯溶于混合有機溶劑A中，聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯總重量為有機溶劑A重量的2°/Γ Ο%,并在6(Tl00°C下水浴加熱使其溶解，二氧化硅納米粒子用無水乙醇溶解并加入到混合物中，二氧化硅納米粒子的重量為聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯總重量的1(Γ30%，繼續加熱攪拌均勻，得到高分子納米粒子混合液，前述的有機溶劑A由碳酸丙烯酯和乙二醇二甲醚組成，并且，碳酸丙烯酯與乙二醇二甲醚的體積比為1:81:1 ; ②向步驟①所得的高分子納米粒子混合液中加入Ι2/ΚΙ氧化還原電對，常溫下攪拌Γ8小時至混合均勻,得到聚合物電解質,其中，Ι2/ΚΙ氧化還原電對摩爾比為I2:KI=1:10，I2/KI氧化還原電對中的K與聚氧乙烯中的O滿足Κ/0摩爾比為4:5 ; ③在不斷攪拌的同時，向步驟②得到的聚合物電解質中加入四氟硼酸季銨鹽，四氟硼酸季銨鹽與聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯總重量的重量比為1:1(Γ1.3:1，持續攪拌至混合均勻，得四氟硼酸季銨鹽改性聚合物電解質。
4.利用權利要求I或2所述的電解質制備染料敏化納米晶太陽能電池的方法，其特征在于在染料敏化納米晶薄膜表面滴加改性聚合物電解質，然后在6(Γ100 的烘箱內烘烤廣3小時，加上鍍鉬的導電玻璃對電極，持續烘烤至電極間牢固結合，即可組裝成染料敏化納米晶太陽能電池。
全文摘要
一種染料敏化納米晶太陽能電池聚合物電解質，其特征在于包括如下組分聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯混合物、二氧化硅納米粒子、摩爾比為1:10的I2/KI氧化還原電對、四氟硼酸季銨鹽及有機溶劑A。本發明還公開了該電解質的制備方法和應用。與現有技術相比，本發明的優點在于本發明可以有效的增大電解質的離子電導率，從而提高電池的短路電流，進而提高了聚合物電解質染料敏化納米晶太陽能電池的效率。
文檔編號H01G9/022GK102800479SQ201210277050
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月6日 優先權日2012年8月6日
發明者諸躍進, 崔艷崢, 張京, 王培卿, 張雪妮, 洪陽, 馮姜偉 申請人:寧波大學