提高电解质效率的方法及用于车辆的染料敏化太阳能电池的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及可用于改善太阳能电池的性能和长期耐久性的电解质和使用本发明 的电解质制造用于车辆的染料敏化太阳能电池的方法。
【背景技术】
[0002] 使用太阳能电池的太阳光发电是环保的，并且具有超过使用化石燃料发电的优 点，其不产生空气污染或噪声，并且能量源，即太阳光，不会耗尽。在各种太阳能电池之中， 基于纳米晶体多孔氧化铁（Ti化）的染料敏化太阳能电池由于高能量转换效率和低制造成 本而最为突出并且已有广泛的研究。
[0003] 除高能量转换效率之外，可作为第=代太阳能电池的染料敏化太阳能电池在其低 制造成本方面也特别突出，其制造成本可W是娃太阳能电池的约五分之一。进一步地，由于 使用透明导电玻璃基底，并且可用各种染料和电解质来制造具有各种颜色的模块，染料敏 化太阳能电池可W被应用于建筑物等的窗户。
[0004] 染料敏化太阳能电池可W由光电极构成，光电极包括导电性基底上的表面吸附有 染料的氧化物半导体电极、能够进行氧化反应和还原反应的电解质W及其中催化剂电极在 导电性基底上形成的对电极。当光照射在染料敏化太阳能电池上时，该染料吸收光的能量， 产生电子-空穴对，并且所产生的电子被注入到氧化物半导体的导带。所注入的电子随 后通过氧化物半导体被运送到透明电极，并且当光电极和对电极相连接时通过外部电路移 动，从而产生电流。在染料中产生的电子-空穴从能够进行氧化和还原并且被还原回去的 电解质接收电子，从而恢复染料敏化太阳能电池并完成染料敏化太阳能电池的电路。在该 种情况下，对电极可W提供通过外部电路移动的电子，从而引发电解质中的离子的氧化还 原反应。由于需要有效地向电解质运送电子，对电极通常具有其中导电基底涂覆有催化剂 的结构。另外，该催化剂可能需要基本水平的催化活性、增加的表面积和提高的导电性或离 子电导率，从而在与电解质的交界处具有最小电阻，并进一步需要电解质的长期稳定性。此 夕F，在染料敏化太阳能电池中使用的电解质可具有升高的沸点，W同时获得基本的耐久性 和影响效率的改善的离子电导率。
[0005] 在现有技术中，用作染料敏化太阳能电池的电解质的组合物已经被描述为如下。
[0006] 例如，用于染料敏化太阳能电池的电解质已有报道，该电解质包括基于咪挫的低 聚物型离子型液体N-(3-(l-甲基咪挫鐵）丙基）己酷胺舰化物（醒IPHI)、该基于咪挫的低 聚物型离子型液体具有N-烷基咪挫鐵丙己酷胺舰化物作为基本结构，并且包括作为一种 无机阴离子的舰离子（r)。电解质可W根据有机阳离子的反应基团的取代W固态或液态存 在，并且电解质通过将舰、4-叔了基化晚（TB巧和3-甲氧基丙膳（MPN)加入离子液体而制 造（例如，早期公开的韩国专利申请No. 2013-0084719)。
[0007] 现有技术还提供了一种用于太阳能电池的电解质，其包括咪挫和C1-C20二舰代 烧的复合盐，W及咪挫和C1-C20二舰代烧的复合物的阳离子和由舰（12)生成的舰离子（17 V)，并且使用该电解质的太阳能电池也已经被开发。除上述的电解质之外，该电解质进一 步包括1至10份重量份的非挥发性的有机溶剂，诸如己膳、丫-了内醋和3-甲氧基丙膳 (例如，早期公开的韩国专利申请No. 2009-0022383)。
[000引在现有技术中的其他示例中，基于咪挫的聚合物型或低聚物型离子溶液已经被开 发。该离子溶液包括舰离子（r)与1至25个环氧己烧单体，并且具有其中脈连接到环氧 己烧单体的环氧己烧单体和氨基甲酸醋的结构W及其端部的咪挫鐵结构。除前述离子溶 液之外，用于染料敏化太阳能电池的电解质也已经公开，其包括选自己膳、3-甲氧基丙膳、 丫-了内醋和己二醇等的有机溶剂（例如，早期公开的韩国专利申请No. 2011-0011158)。
[0009] 另外，包括咪挫鐵类液体型电解质的染料敏化太阳能电池已经被报道。咪挫鐵类 液体型电解质在室温和升高的温度下可W是液态并且无需在电解质中使用有机溶剂而具 有优良的热稳定性和温度稳定性。因此，已经提供了染料敏化太阳能电池，其包括半导体电 极；对电极；W及置于半导体电极和对电极之间的基于1,3-己締基烷基咪挫鐵舰化物的电 解质（例如，美国专利公开No. 2004-0261842)。
[0010] 在现有技术的另一个示例中，已经开发了一种用于染料敏化太阳能电池的电解质 溶液。该电解质包含有机溶剂；氧化-还原衍生物；选自1-了基-1-甲基化咯烧鐵舰化物、 1-甲基-1-丙基化咯烧鐵舰化物（MPPyl)和1-己基-1-甲基化咯烧鐵舰化物的基于化咯 烧鐵舰化物的离子液体；W及作为添加剂的叔了基化晚，其中该有机溶剂是选自碳酸亚己 醋、3-甲氧基丙膳、丫-了内醋、碳酸二己醋等的一种或更多种混合物溶液（例如，韩国专利 No.10-108867巧。
[0011] 同时，已经提供了聚合物颗粒分散元素、电解质和电池，并且该电解质包括包含聚 合物颗粒和离子液体的聚合物颗粒分散元素，其中聚合物颗粒是单体组分并且包括甲基 (甲基）丙締酸盐、异了基（甲基）丙締酸盐、环己基（甲基）丙締酸盐等，并且离子液体包 括1-己基-3-己締基咪挫鐵或1-甲基-3-己基咪挫鐵舰化物（例如，早期公开的日本专 利申请No. 2004-256711)。
[0012] 在现有技术的一些其他相关文件中，已经提出了用于染料敏化太阳能电池的电解 质。该电解质包括基于咪挫的低聚物型离子液体N-(3-(l-甲基咪挫鐵）丙基）己酷胺舰 化物（NMIPHI)和3-甲氧基丙膳溶剂。另外，太阳能电池包括电解质，该电解质包括咪挫和 C1-C20二舰代烧的复合盐，W及复合盐的阳离子和从舰（12)中生成的舰离子（r/igO,并 且进一步包括非挥发性有机溶剂，诸如己膳。此外，已经提出了用于太阳能电池的电解质， 其包括含舰离子（r)与1至25个环氧己烧单体的基于咪挫的聚合物型或低聚物型离子溶 液，W及有机溶剂，诸如己膳，并且包括基于咪挫的化合物和溶剂。然而，该种染料敏化太阳 能电池中的电解质不包括咪挫鐵类化合物，诸如1-丙基-3-甲基咪挫鐵舰化物，或作为离 子液体的化晚鐵类化合物，并且因此稳定性会显著地降低（例如，早期公开的韩国专利申 请No. 2013-0084719 ;早期公开的韩国专利申请No. 2009-0022383 ;早期公开的韩国专利申 请No. 2011-0011158)。
[0013] 此外，在其他相关文件中，包括基于1,3-己締基烷基咪挫舰化物的电解质的染料 敏化太阳能电池已经被公开。该用于染料敏化太阳能电池的电解质溶液包括有机溶剂；氧 化还原衍生物；基于化咯烧鐵舰化物的离子液体；W及添加剂。进一步地，该电解质包括含 聚合物颗粒和离子液体的聚合物颗粒分散元素，但不包括离子液体和低黏度液体溶剂，因 此性能会降低。（例如，美国专利公开No. 2004-0261842 ;韩国专利No. 10-1088676 ;早期公 开的日本专利申请No. 2004-256711)。
[0014] 上述现有技术中的常规技术通过简单地使用一般的离子液体并且维持它们的稳 定性专注于防止液体泄漏或用于太阳能电池的电解质的挥发。然而，尚未提供用于使用低 黏度溶剂作为离子液体电解质中的添加剂的电解质的最佳组合物、效率改善效果和耐久稳 定性维持的具体溶液。
[0015] 具体地，为了将染料敏化太阳能电池应用到车辆，通过使用即使在恶劣的室外环 境也能稳定地维持性能的高耐久性材料，在约-40°c至85°C的温度范围内的实际车辆环境 中的长期稳定性可能是必需的。
[0016] 然而，在使用低沸点的液体电解质的相关技术领域的目前的技术中，虽然可W提 高效率，但是由于低沸点和流动性，在实际车辆环境