[发明专利]电解质添加剂、电解质及其太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种用于染料敏化太阳电池的电解质添加剂、电解质及其太阳能电池。

背景技术

染料敏化太阳能电池（Dye-sensitized Solar Cells，DSCs）是一种高效、廉价的新型有机薄膜太阳能电池。所述染料敏化太阳能电池包括呈面向设置并分别用于制备光阳极和对电极的透明导电基板、沉积在所述其中之一透明导电基板上的纳米晶多孔薄膜、吸附在所述纳米晶多孔薄膜表面的染料敏化剂，以及设置在所述透明导电基板之间的电解质。

所述染料敏化太阳能电池的工作原理如下：第一、所述染料敏化剂受太阳光照射，产生电子-空穴对；第二、所述光生电子快速注入到所述纳米晶多孔薄膜的纳米晶半导体颗粒的导带中；第三、所述光生电子经纳米晶半导体多孔薄膜传递到透明导电基板；第四、所述光生电子再经外电路传递到另一透明导电基板；第五、所述氧化态的染料敏化剂在氧化还原电对的作用下回到基态，如此循环构成太阳能电池。在电子的循环过程中，电解质起着传递载流子的作用，氧化还原电对在电解质中的扩散以及载流子在电解质中的复合直接影响了DSCs的光电性能。

所述电解质是太阳能电池，尤其是染料敏化太阳能电池的重要组成部分，是光阳极和对电极之间电荷传输的媒介，使得所述太阳能电池中的各个组分分别回到其初始状态，组成一个闭合回路，其性能的优劣直接影响所述太阳能电池的光电性能。另外，电解质添加剂是电解质的重要组成部分，且所述电解质添加剂对所述太阳能电池的开路电压，短路电流及暗电流产生非常重要的影响。

目前，常用的添加剂如已在国外文献上公开的4-叔丁基吡啶（TBP）和N-甲基苯并咪唑（NMB)。同时，在专利号为200810104933.X的中国专利中也揭露了一种采用2-甲基-4硝基吡啶N-O为起始反应物制备的染料敏化太阳能电池电解质添加剂。该类电解质添加剂由于烷氧基团和吡啶环形成共轭作用，使得吡啶环上氮原子的孤对电子密度增大，进而与所述染料敏化太阳能电池二氧化钛光阳极表面的Ti4⁺离子形成强的配位作用。因而，该类电解质添加剂可以作为染料敏化太阳能电池电解质的添加剂，用于提高染料敏化太阳能电池的开路电压。

但是，由于所述4-叔丁基吡啶（TBP)、N-甲基苯并咪唑（NMB)、2-甲基-4烷氧基吡啶化合物等常规电解质添加剂沸点低（190-250℃）、易挥发、易泄露，以及电池高温运行的易燃性和热不稳定性等因素造成所述染料敏化太阳能电池的不稳定和性能下降。此外，所述杂环化合物电解质添加剂的合成工艺难度大、制造成本昂贵等系列问题同样严重的制约了所述染料敏化太阳能电池的研究及大规模工业化生产。因此，开发一种无污染、稳定性好、价格低廉的添加剂具有重大的意义。

故针对现有技术存在的问题，本案设计人凭借从事此行业多年的经验，积极研究改良，于是有了发明一种用于染料敏化太阳电池的电解质添加剂、电解质及其染料敏化太阳能电池。

发明内容

本发明是针对现有技术中，传统的电解质添加剂的合成工艺难度大、制造成本昂贵等缺陷提供一种电解质添加剂。

本发明的又一目的是针对现有技术中，传统的电解质添加剂的合成工艺难度大、制造成本昂贵等缺陷提供一种电解质添加剂的制备方法。

本发明的第三目的是针对现有技术中，传统的电解质添加剂的合成工艺难度大、制造成本昂贵等缺陷提供一种具有合成步骤简单、性能稳定、价格低廉，且不易挥发和泄露，不会对环境造成污染的电解质。

本发明的第四目的是针对现有技术中，传统的电解质添加剂的合成工艺难度大、制造成本昂贵等缺陷提供一种具有合成步骤简单、性能稳定、价格低廉，且不易挥发和泄露，不会对环境造成污染的电解质的制备方法。

本发明的第五目的是针对现有技术中，传统的电解质添加剂的合成工艺难度大、制造成本昂贵等缺陷提供一种性能优良、稳定性高的染料敏化太阳能电池。

为了解决上述问题，本发明提供一种电解质添加剂，所述电解质添加剂为季铵盐离子液体添加剂，所述电解质添加剂具有如下的化学式结构：