[发明专利]一种用于染料敏化太阳能电池的准固态电解质及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及能源材料技术领域，尤其涉及一种用于染料敏化太阳能电池的准固态电解质及其制备方法。

背景技术

染料敏化太阳能电池具有价格低廉、环境友好、制作简单等优点，成为第三代太阳能电池的代表。染料敏化太阳能电池由染料敏化光阳极、对电极和电解质三个部分组成，其中电解质在染料还原再生或空穴传输过程中发挥着重要作用。

准固态电解质是一种介于全固态和液体电解质之间的凝胶态电解质，它能最大限度地保持液体电解质的高迁移率，同时具有固态电解质的长期稳定性能，从而被广泛用于制备稳定高效的准固态染料敏化太阳能电池。相比于其他准固态电解质，离子液体基准固态电解质作为准固态电解质之一受到格外的关注，这是因为室温离子液体具有电导率高及电化学窗口宽等优点，且可以克服有机溶剂沸点低、易挥发的缺陷。然而，由于离子液体在室温下仍然处于液体状态，因此存在着易泄漏的问题，影响电池的长期稳定性。近年来，为了克服离子液体基准固态电解质易泄漏问题，研究人员用有机小分子、无机纳米颗粒以及高分子聚合物作为凝胶剂，分别制备的离子液体-有机小分子准固态电解质、离子液体-无机纳米颗粒准固态电解质以及离子液体-高分子聚合物准固态电解质在一定程度上可以克服离子液体电解质易泄漏的问题，但仍然难以解决离子液体电解质的长期稳定性问题。因此，继续探寻新型的凝胶剂，制备新型离子液体基准固态电解质，克服电解质易泄露的问题，提高电池的长期稳定性是本领域研究的重点和挑战。目前，尚未见到关于采用金属有机框架作为凝胶剂制备离子液体-金属有机框架准固态电解质的报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于染料敏化太阳能电池、以金属有机框架作为凝胶剂的离子液体-金属有机框架准固态电解质。本发明的另一目的在于提供上述准固态电解质的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的一种用于染料敏化太阳能电池的准固态电解质，包括液体电解液、凝胶剂；所述凝胶剂为金属盐水合物和有机羧酸配体形成的金属有机框架。

本发明可采取如下具体措施：所述金属盐水合物为三水合硝酸铜，所述有机羧酸配体为三元或四元羧酸类配体，而形成金属有机框架凝胶剂；所述金属盐水合物与有机羧酸配体的摩尔比为1∶1～10。

进一步地，本发明所述金属有机框架凝胶剂在准固态电解质中的用量为15～30wt％。

上述方案中，本发明所述液体电解液包括碘单质、添加剂和离子液体溶剂。

进一步地，本发明所述添加剂为N-甲基苯并咪唑或4-叔丁基吡啶；所述离子液体溶剂为1-丙基-3-甲基咪唑碘或1,2-甲基-3-丙基咪唑碘；所述液体电解液中，碘单质的摩尔浓度为0.01～0.5mol/L，添加剂的摩尔浓度为0.01～6mol/L，其余为离子液体溶剂。

上述方案中，本发明所述金属有机框架凝胶剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)采用溶剂热法，常温下将金属盐水合物和有机羧酸配体溶于混合溶剂中，超声处理使其充分溶解，移至高压反应釜后进行加热反应；反应结束后进行降温、过滤和干燥，得到金属有机框架化合物晶体；

(2)采用溶剂交换法，以低沸点有机溶剂作为交换溶剂，交换所述金属有机框架化合物晶体晶格中的溶剂分子；交换结束后置于真空烘箱中，在真空条件下进行加热活化，得到无溶剂客体分子的金属有机框架材料，碾磨制得粉末颗粒，即得到金属有机框架凝胶剂。

进一步地，关于本发明金属有机框架凝胶剂制备方法，所述步骤(1)中超声处理时间为5～40min；加热反应温度为60～120℃，反应时间为12～48h；反应加热升温速率及反应后降温速率为5～10℃/min。所述步骤(2)中交换溶剂为甲醇、乙醇、二氯甲烷或氯仿；加热活化时，绝对真空度为0.002～0.02MPa，加热活化温度为80～150℃，加热活化时间为6～24h；碾磨后所得粉末颗粒粒度为1～20μm。

本发明的另一目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供的上述用于染料敏化太阳能电池的准固态电解质的制备方法如下：将所述金属有机框架凝胶剂加入到液体电解液中，均匀连续搅拌后放置于真空干燥箱中，通过真空吸附法吸附液体电解液成分，即得到准固态电解质。

进一步地，本发明准固态电解质制备方法所述搅拌时间为5～30min；真空吸附的绝对真空度为0.002～0.02MPa；真空吸附的时间为12～48h。

本发明具有以下有益效果：