[发明专利]用于染料敏化太阳能电池的凝胶电解质及其制备方法

说明书

本发明公开一种用于染料敏化太阳能电池的凝胶电解质，包括双离子液体电解质、凝胶剂、TiO₂纳米粒子；双离子液体电解质包括摩尔比为1：(0.5～1.5)的锍阳离子液体和二乙基甲基锍碘离子液体。与现有技术相比，本发明提供的用于染料敏化太阳能电池的凝胶电解质及其制备方法，锍阳离子液体和二乙基甲基锍碘离子液体混合组成的双离子液体电解质，能显著提高电池的短路电流和开路电压；凝胶剂在极低的含量即可形成凝胶，降低总体系的粘度，从而加快锂离子的传输速率，TiO₂纳米粒子通过咪唑阳离子表面修饰，在电解质中形成离子传输网络，增加了自由离子有序的移动，制备工艺简单，以温和的方式胶化，稳定性高，光电转换效率可达8％以上，具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别涉及一种用于染料敏化太阳能电池的凝胶电解质及其制备方法。

背景技术

随着资源短缺和环境污染问题的日益突出，太阳能作为一种清洁可再生能源越来越受到世人的关注。当前，通过太阳能电池进行光电转换是人类利用太阳能的主要途径之一。在太阳能电池中，硅太阳能电池因其转换率高和技术成熟占据了太阳能电池90％的份额，然而硅系太阳能电池因其工艺复杂，价格昂贵，材料要求苛刻而难以普及。如何提高太阳能电池的光电转换效率并有效的降低其制造成本，成为诸多太阳能电池工作者不断追求的目标。

染料敏化太阳能电池(DSSC)是一种新型的有机-无机复合型太阳电池，这种太阳能电池在工作过程中电子要经过7个传递过程：(1)染料激发；(2)电子注入TiO2；(3)电子在TiO2中传输；(4)电子在对电极还原I3-；(5)染料还原再生；(6)电子与氧化态染料复合；(7)电子与电解质中I3-复合。目前DSSC使用的电解质主要有液体电解质、固体电解质、凝胶电解质三种。液体电解质具有电导率高和接触性能好的优点，但具有漏液等问题；而固体电解质具有电池性能稳定的优势，但是这种全固态电解质本身电导率比较低，另外与多孔TiO2电极的接触不充分，因此制备出的染料敏化太阳能电池光电转换效率比较低；准固态电解质介于液态和全固态电解质之间，有很高的电导率，既能很好地和多孔TiO2电极进行接触，制备出的电池又具有很好的稳定性。目前，准固态电解质的研究一直是染料敏化太阳能电池领域研究的热点之一。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种用于染料敏化太阳能电池的凝胶电解质及其制备方法，以解决使既可以使电池具有很好的光电转换效率，又能保证电池的稳定性的问题。

本发明采用的技术方案如下：一种用于染料敏化太阳能电池的凝胶电解质，关键在于：包括双离子液体电解质、凝胶剂、TiO₂纳米粒子；

所述双离子液体电解质包括摩尔比为1：(0.5～1.5)的锍阳离子液体和二乙基甲基锍碘离子液体。

优选的，所述锍阳离子液体中的阳离子为[(CH₃)₂SC₄H₉]⁺，阴离子为[N(SO₂CF₃)₂]^-、[C(SO₂CF₃)₃]^-，[PF₆]^-、[(C₂F₅)₃PF₃]^-中的一种或两种以上。

优选的，所述凝胶剂采用以下方法获得：依次将摩尔比为1：1.16的乙烯基苄氯和二乙烯基苯，三氟化硼和正庚万投入反应器中，在25℃下，边搅拌边进行阳离子聚合反应，反应时间15min，之后加入乙醇中止反应，将反应物过滤，所得沉淀用乙醇冲洗，然后在60℃下真空干燥24h，得到所述凝胶剂。