专利名称：用于太阳能电池电解液的化合物及其制法、含有该化合物的电解液及太阳能电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于太阳能电池电解液的化合物，尤其是，用于染料敏化太阳能电池电解液的化合物。
背景技术：
随着人类文明发展，全球面临严重的能源危机及环境污染等问题。因此，低污染并且能永续生产的能源，成为全球能源开发的目标。太阳能即是符合上述需求的能源之一。太阳能电池能够将太阳能直接转变成电能，不但有助于解决地球能源危机，且能达到降低环境污染的要求。太阳能电池一般概分为半导体太阳能电池(例如，硅太阳能电池(silicon solar cell))及光电化学(photoelectrochemistry)太阳能电池(例如，染料敏化太阳能电池(dye — sensitized solar cell ；DS SC))。GrStzelS人，曾于近年发表一系列与染料敏化太阳能电池相关的文献(例如，O’Regan, B. ; Gratzel, M. Nature 1991,353,737)。染料敏化太阳能电池，不仅制造成本低，同时其具有重量轻、具有可挠性、具有透光性且容易制造成大面积产品等优势。因此，染料敏化太阳能电池的种种优异特性，使其逐渐成为一种极具前景的太阳能电池。
一般而言，染料敏化太阳能电池的结构包括阴/阳电极。其中，阳极是在基板上形成导电层及孔洞材料(如二氧化钛粒子)组成的多孔性薄膜，并在其上涂布有光敏染料。同时，阳极及阴极之间还设置有电解质(electrolyte)层。形成在电极上的光敏染料吸收太阳光时，能够产生电位差，进而产生电流。TW 200810167揭示了一种染料敏化太阳能电池， 其利用形成在纳米线上的纳米粒子，增加纳米粒子与染料接触的面积。TW 200905939揭露的染料敏化太阳能电池，则通过提高电子注入效率，而提升电池的效能。再者，TW201017955 揭露了适用于染料敏化太阳能电池的胶态电解质，以进一步降低DSSC的生产成本。此外， Tff 201020295则揭露了具有高摩尔吸收系数的染料化合物。而TW 201036983也提供了一种全光域光敏络合物，其具备较佳的光谱响应以及光电转换效率。另，TW M380573则揭示了具有改良结构的电极，其可增进染料敏化太阳能电池的染料吸附量及吸收太阳能的能力，并抑制导电单元中的电子与空穴的再结合效应，进而增进染料敏化太阳能电池的光电转换效率。另，韩国建国大学(Konkuk University)曾在2010年在[Electrochimica Acta 55(2010) 1483-1488]发表一篇文献，题目是〃新颖咪唑类电解质的合成及在染料敏化太阳能电池的应用(Synthesis of a novel imidazolium-based electrolytes and application for dye-sensitized solar cells)"，其揭露了聚服(polyurea)与咪唑类化合物(imidazolium-based compound)共聚后的离子化合物,可应用于染料敏化太阳能电池(其相关专利在2011年公开，公开号为KR. 10-2011-0011158)。其使用离子化合物取代公知电解质成分，其并未将中性前驱化合物应用于电解液中做为添加剂来使用。
虽然目前染料敏化太阳能电池的光电转换效率未如硅太阳能电池佳，但由于成本很低，若能改善其光电转换效率，则具有成为太阳能电池的主流技术的潜力。电极结构、染
其中，A为C2_3亚烷基；m为2至25的整数；以及η为3至10的整数。
根据本发明一具体实施方式
，A为亚乙基，m为2至25的整数。根据本发明另一具体实施方式
，A为亚异丙基，m为2至15的整数。根据本发明又一具体实施方式
，式(I)化合物用于太阳能电池电解液。根据本发明又一具体实施方式
，式(I)化合物用于制备染料敏化太阳能电池的电解液。
本发明还提供一种式(II)化合物
其中，η为3至10的整数。根据本发明一具体实施方式
，式(II)化合物用于制备前述的式(I)化合物。根据本发明另一具体实施方式
，式(II)化合物用于太阳能电池电解液。根据本发明又一具体实施方式
，式(II)化合物用于制备染料敏化太阳能电池的电解液。
本发明还提供一种染料敏化太阳能电池电解液，其包括前述的式(I)和/或式 (II)化合物。本发明又提供一种染料敏化太阳能电池，其包括基板、多孔性半导体膜、导电膜、 电解液以及染料化合物，其中，该电解液包括前述的式(I)和/或式(II)化合物。
本发明还提供一种前述式⑴化合物的制备方法，包括使聚亚烷基二醇 (polyalkylene glycol)化合物、六亚甲基二异氰酸酯以及上述式(II)化合物进行反应。
根据本发明一具体实施方式
，式⑴化合物的制备方法，包括使聚亚烧基二醇(polyalkylene glycol)化合物与六亚甲基二异氰酸酯(hexamethylene diisocyanate, HDI)反应以获得聚氨酯化合物中间体，以及，使该聚氨酯化合物中间体与前述式(II)化合物反应。根据本发明一具体实施方式
，式(I)化合物的制备方法，包括使六亚甲基二异氰酸酯(HDI)与式(II)化合物反应以获得中间体，以及，使该中间体与聚亚烧基二醇化合物反应。
根据本发明一具体实施方式
，聚亚烷基二醇化合物选自聚乙二醇及聚丙二醇。料、电解液等都对电池的转换效率具有影响。因此，如何改良上述因素，以提高染料敏化太阳能电池的效率，是太阳能电池业界亟欲解决的课题。发明内容
本发明提供一种式(I)化合物
本发明提供的式(I)及式(II)化合物，能用于染料敏化太阳能电池的电解液。根据本发明一具体实施方式
，本发明提供的式(I)和/或式(II)化合物，能作为染料敏化太阳能电池的电解液添加剂。含有本发明的式(I)和/或式(II)化合物的电解液，能够防止暗电流、促进开路电压(U的提升。同时，本发明的式(I)及式(II)化合物能提升染料敏化太阳能电池的光电转换效率，极符合产业的需求。
图IA与IB是合成例I的1H-NMR图谱及GC-MS图谱；
图2A与2B是合成例2的1H-NMR图谱及GC-MS图谱；
图3A与3B是合成例3的1H-NMR图谱及GC-MS图谱；
图 4 是 HDI (Hexamethylenediisocyanate)的 FTIR 光谱；
图5是根据实施例I的FTIR光谱；
图6是根据实施例2的FTIR光谱；
图7是根据实施例3的FTIR光谱；
图8是根据实施例4的FTIR光谱；以及
图9是根据实施例5的FTIR光谱。
具体实施方式
以下，通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容了解本发明的其它优点与功效。本发明也可通过其它不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本创作的精神下进行各种修饰与变更。
本文所使用的术语“重均分子量”，是指利用凝胶渗透层析(GPC)溶剂四氢呋喃 (THF)所测定的换算成聚苯乙烯的重均分子量(Mw)的值。
本发明提供一种式⑴化合物
权利要求
1.一种式⑴化合物
2.如权利要求I所述的化合物，其特征在于，A为亚乙基，m为2至25的整数。
3.如权利要求I所述的化合物，其特征在于，A为亚异丙基，m为2至15的整数。
4.如权利要求I所述的化合物，其特征在于，n为3至8的整数。
5.如权利要求4所述的化合物，其特征在于，n为3至6的整数。
6.如权利要求I所述的化合物，其用于太阳能电池电解液。
7.如权利要求6所述的化合物，其用于染料敏化太阳能电池电解液。
8.一种染料敏化太阳能电池电解液，其包括权利要求I所述的式(I)化合物或如下所示的式(II)化合物
9.如权利要求8所述的染料敏化太阳能电池电解液，其特征在于，n为3至8的整数。
10.如权利要求9所述的染料敏化太阳能电池电解液，其特征在于，n为3至6的整数。
11.如权利要求8所述的染料敏化太阳能电池电解液，还包括选自金属碘化物、咪唑碘盐衍生物或其组合的盐；碘；硫氰酸胍；以及溶剂。
12.—种染料敏化太阳能电池，其包括基板、多孔性半导体膜、导电膜、权利要求8所述的染料敏化太阳能电池电解液，以及染料化合物。
13.如权利要求12所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于，该电解液还包括选自金属碘化物、咪唑碘盐衍生物或其组合的盐；碘；硫氰酸胍；以及溶剂。
14.一种权利要求I所述的化合物的制备方法，包括 使聚亚烷基二醇化合物、六亚甲基二异氰酸酯以及式(II)化合物进行反应，
15.如权利要求14所述的制备方法，其特征在于，该聚亚烷基二醇化合物选自聚乙二醇及聚丙二醇。
16.如权利要求15所述的制备方法，其特征在于，该聚亚烷基二醇化合物是聚乙二醇，其重均分子量为100至1000。
17.如权利要求15所述的制备方法，其特征在于，该聚亚烷基二醇化合物是聚丙二醇，其重均分子量为200至1000。
全文摘要
本发明提供一种式(I)化合物其中，A为C2-3亚烷基；m为2至25的整数；以及n为3至10的整数。本发明还提供含有该式(I)化合物和/或式(II)化合物的染料敏化太阳能电池电解液，以提升光电转换效率，
文档编号C08G18/32GK102977321SQ20121032309
公开日2013年3月20日 申请日期2012年9月4日 优先权日2011年9月5日
发明者李玉慧, 吕信颖, 李冠纬, 柯子衡 申请人:台湾永光化学工业股份有限公司