[发明专利]基于离子液体的染料敏化太阳能电池电解质及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能利用领域，特别涉及一种基于离子液体的染料敏化太阳能电池电解质及其制备方法。

背景技术

太阳光的辐射能量是地球上可被利用的最丰富的可再生能源，据悉，太阳光每年可向人类提供178,000兆瓦的能量。在太阳能的有效利用中，太阳能的光电利用是近些年来发展最快、最具活力的研究领域。太阳能电池的研制和开发日益得到重视。目前几种较为常见的太阳能电池主要有：单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池、非晶硅太阳能电池、CdTe薄膜太阳能电池、染料敏化太阳电池等。虽然前几种纯半导体基的固态光电化学电池一般的光电转换效率达到了10％-16％，但产品对高纯硅和复杂的制造工艺的要求导致昂贵的生产成本；而且由于常规半导体的禁带宽度较大，因此其光吸收波长主要局限于紫外区，太阳能的利用效率也相应的较低，虽然目前已经有研究通过贵金属沉积、复合半导体、金属离子(氮化物)掺杂等方法，对所合成的半导体电极进行改性。虽然上述改性方法在一定程度上改善半导体的光电性能，但是效果不够明显。

与传统的硅太阳电池依靠的是光物理效应不同的是，染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized Thin Film Solar Cells，简称DSC)，则是通过光化学过程来实现光电转换，从而可以使太阳电池的光电转换材料不再局限于制备过程复杂、价格昂贵的高纯无机半导体材料，能通过使用一般纯度、具有电子和空穴输运特性的材料如氧化物、聚合物等来实现高效的光电转换。因此制作工艺简单，原材料廉价，相对于其他太阳能电池具有巨大的价格优势。但是现有的染料敏化电池也存在着一定问题：传统染料敏化太阳能电池使用碘化锂作染料敏化太阳能电池的电解质的碘源，但碘化锂是一种不常见的商品原料，很难买到，而且制备过程中又易潮解，加之碱金属的碘盐又与二氧化钛电极相互作用而影响电池的稳定性；电解质都使用有机溶剂，但有机溶剂易挥发，这就是染料敏化太阳能电池的封装、转换效率及使用寿命产生很大的问题。因此，需要寻找不易挥发，且稳定的电解质来解决染料敏化太阳能电池在实际应用中所产生的问题。

发明内容

为克服上述现有技术中存在的不足和缺点，本发明的首要目的在于提供一种基于离子液体的染料敏化太阳能电池电解质的制备方法。

本发明的另一目的在于提供上述方法制备的太阳能电池电解质；所得太阳能电池电解质的碘源不易潮解、物性稳定，且不易挥发。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：一种基于离子液体的染料敏化太阳能电池电解质的制备方法，包括以下操作步骤：将导电高分子化合物、碘源离子液体和碘按摩尔比为1∶(0～0.5)∶(0.05～0.25)混合，并溶解在有机溶剂中，然后加入低粘度离子液体，所述低粘度离子液体和碘源离子液体按化学计量比0.1∶1～0.5∶1，在搅拌条件下持续反应4～6h后，得到均相的胶粘溶液；将均相的胶粘溶液放置，挥发去除有机溶剂，干燥，得到基于离子液体的染料敏化太阳能电池电解质。

所述碘源离子液体的阳离子为N-甲基咪唑、N-乙基咪唑、2-乙基咪唑、N-丙基咪唑、2-丙基咪唑、N-异丙基咪唑、2-异丙基咪唑、1-乙烯基咪唑、N-丁基咪唑、1，2-二甲基咪唑、1-丙基-3-甲基咪唑、1-丁基-3-甲基咪唑、1-己基-3-甲基咪唑中的一种以上，阴离子为I^-。

所述低粘度离子液体的阳离子为N-甲基咪唑、N-乙基咪唑、2-乙基咪唑、N-丙基咪唑、2-丙基咪唑、N-异丙基咪唑、2-异丙基咪唑、1-乙烯基咪唑、N-丁基咪唑、1，2-二甲基咪唑、1-丙基-3-甲基咪唑、1-丁基-3-甲基咪唑、1-己基-3-甲基咪唑中的一种以上，阴离子为SCN^-、CF₃(CF₂)_nSO₃^-、CF₃(CF₂)_nCOO^-、(CF₃SO₃)₂N^-和(CF₃SO₃)₃C^-中的一种以上。

所述低粘度离子液体的粘度范围为100～500mPa·S。

所述导电高分子化合物分子量分布范围为10³～10⁵；所述导电高分子化合物为聚环氧乙烷(PEO)或聚环氧丙烷(PPO)。