[发明专利]含苯基/联苯基和羟烷基的离子导体和制备方法及其应用

说明书

本发明属于有机光电材料技术领域，具体涉及一种功能离子导体及其制备方法和应用，尤其涉及苯基/联苯基和羟烷基功能化的离子导体及其制备方法和在准固态染料敏化太阳能电池中的应用。将联苯基/苯基连接到咪唑阳离子上，使咪唑环上孤立的π‑π堆积作用共轭化。使用该离子导体的准固态电解质具有很高的电导率，且联苯基取代的咪唑阳离子能显著抑制光阳极/电解质界面上的电荷复合，增加染料敏化太阳能电池的开路电压。将该准固态电解质应用到染料敏化太阳能电池，其开路光电压达到820 mV，能量转换效率达到8.89%。本发明的离子导体结构简单，容易制备，价格低廉，稳定性高。该类含联苯基/苯基的离子导体具有优良的光电转化性能，是一类有潜力的光伏材料。

技术领域

本发明属于有机光电材料技术领域，具体涉及一种含苯基/联苯基和羟烷基的离子导体和制备方法及其应用。

背景技术

作为一种很有潜力的新型能源光伏器件，染料敏化太阳能电池（DSSCs）自问世以来备受关注。DSSCs的工作原理是，吸附在二氧化钛表面的染料分子吸收光子从基态跃迁到激发态，激发态的电子经染料/二氧化钛界面注入到二氧化钛导带中，继而经外电路在对电极富集。氧化态的染料分子从电解质中还原态组分（通常为I^-）获得电子，得以再生。而被氧化之后的氧化态组分（通常为I₃^-）扩散到对电极表面接受电子，被还原成I^-，这样就完成了一个回路。电解质作为DSSCs的重要组分之一，其主要作用是电荷传递和使染料分子再生。离子导体作为一种高效电解质的添加剂被广泛应用于DSSCs中，其电导率和界面电荷转移阻抗对DSSC的光伏性能产生重要影响。具有高的热稳定性和电导率的离子导体一直都是研究追寻的目标。

对离子导体的结构调控直接影响了其电导率和阳离子的稳定性。与单咪唑的离子导体相比，双咪唑离子导体往往具有更高的热稳定性和更易调控的物理化学性质。 咪唑环的π-π堆积作用使得基于双咪唑离子导体比相应的单咪唑离子导体具有更高的电导率。但是目前双咪唑阳离子多采用烷基链或聚乙二醇链相连，咪唑环上孤立的π-π堆积作用使得其电导率受到限制。另一方面，咪唑环的功能化有望抑制界面上的电荷复合，所以，制备这样一种离子导体，既能增加电解质的电导率，又能抑制光阳极/电解质界面上的电子复合，从而可以同时提高DSSC的短路光电流（J_sc）和开路光电压（V_oc），进一步提高太阳能电池的效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含苯基/联苯基和羟烷基的离子导体和制备方法及其应用。

本发明提供的含苯基/联苯基和羟烷基的离子导体，所述离子导体为1-联苯基-3-羟烷基咪唑卤盐，即在咪唑环的两个N原子上分别取代羟烷基和苯基或联苯基，具体结构如下：

其中：n₁=1, 2; n₂=1-5，R=或H，X=Br, I；

所述离子导体的熔点高于200℃，羟烷基链的引入使离子导体中存在氢键，在一定程度上增加其熔点。

本发明提供的含苯基/联苯基和羟烷基的离子导体的制备方法，其合成路线如图1所示，具体步骤如下：

（1）离子导体1,1’-(1,4-苯基)-3,3’-羟烷基二咪唑卤盐的制备：

以正丙醇为溶剂，将1,4-二咪唑苯与卤代烷基醇按1:5的摩尔比混合，在50-100℃反应10-72 h，得到1,1’-(1,4-苯基)-3,3’-羟烷基二咪唑卤盐；

（2）离子导体1,1’-(4,4’-联苯基)-3,3’-羟烷基二咪唑卤盐的制备：