专利名称：用于光电化学装置中的电解质制剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于光电化学装置中的电解质制剂，更具体而言，涉及其在染料敏化的太阳能电池中的应用。
背景技术：
染料敏化的太阳能电池(DSC)形式的光电化学装置通常包括如下设置:设置在第一基板上的染料敏化工作电极、设置在第二基板上的反电极和密封在基板之间的电解质。所述电解质在电极之间完成光电化学回路。为构成DSC电池，必须在电极之间引入电解质。迄今，所使用的最常见的技术之一为用液体电解质真空回填。在该技术中，在不使用电解质的情况下构造电池。然后使用真空源将空气从电极之间的空隙排空，通常通过在电池基板之一中或在两块基板之间的密封区域处提供小充填孔或类似方式来实现。然后经由阀门装置将液体电解质源与该充填孔流体连通。电解质由于电池内部低于环境空气的压力而被抽入电池中，随后封闭充填孔。这种方法的消除了对真空的需要的变体使用两个孔，其一可使加压电解质流体通过其进入，而另一个可使包含在基板之间的气体通过其离去。另一项技术是通过如下方式分层构造装置:制备带有电极的两块基板，将电解质施加到电极之一，随后将两块基板放在一起。然而，迄今使用的液体电解质苦于如下问题:在沉积期间的泼洒问题和在两块基板的层压过程中的容纳问题。为解决该问题，电解质可以流变改性电解质的形式提供，例如增稠至较高粘度或胶凝化。凝胶电解质的较高粘度有助于在电池装配期间将电解质保持在适当的位置。迄今，胶凝化电解质已以两相制剂提供，其是具有添加的无机或聚合增稠剂(诸如纳米颗粒二氧化硅或聚偏二氟乙烯)的液体电解质。增稠剂作为细颗粒分散在液体电解质中。已发现胶凝化电解质的问题在于它们能阻塞分配系统喷嘴，并且还因为其多相特性而容易随时间分离。需要采用不同沉积技术的既长期稳定又适用于多种制造方法的改进的电解质制剂。
发明内容
在第一方面，本发明提供了一种用于光电化学装置中的电解质制剂，其包括增稠剂；其中所述增稠剂被溶解在电解质中。所述增稠剂可以是聚合的。所述增稠剂可包括聚乙烯基烷基醛树脂，诸如聚乙烯醇缩丁醛。所述增稠剂可包括聚乙二醇。 所述增稠剂可包括烷基纤维素，诸如乙基纤维素。所述增稠剂可包括聚环氧烷，诸如聚环氧乙烷。所述增稠剂可包括羟基烷基纤维素，诸如羟丙基纤维素。
所述增稠剂可包括以下中的任何品种:聚丙烯腈、聚乙酸乙烯酯、聚碳酸亚烃酯共聚物或聚乙烯基烷基醚诸如聚乙烯基甲基醚或聚乙烯基乙基醚。所述增稠剂可以介于0.lwt%到20wt%之间的量存在。所述增稠剂可以介于2wt%到9wt%之间的量存在。所述增稠剂可以约6wt%的量存在。所述制剂还可包含通常基于纳米颗粒金属离子的化合物。在第二方面，本发明提供了一种光电化学装置，其包括根据本发明第一方面的电解质制剂。所述光电化学装置可以是染料敏化的太阳能电池。
现在将仅通过举例并参考附图，说明本发明的实施方式，其中:图1是说明电解质样品的电解质流变学的测量的实验结果的图；图2是说明图1的某些电解质样品的离子电导率的试验结果的图；和图3是说明使用图1的某些电解质制剂构造的染料敏化太阳能电池的长期稳定性的实验结果的图。
具体实施例方式以如下方式制备根据本发明一个实施方式的电解质制剂:a)制备电解质(在腈基溶剂中的氧化还原电对基电解质)。这样的电解质在本领域中是已知的，因此在这里不提供详细解释。b)过滤电解质以去除任何残留的固体颗粒。c)添加量为约6wt%左右的聚合增稠剂，例如，B-79聚乙烯醇缩丁醛；如果需要，任选地添加金属离子基改性剂。d)通过混合均化(例如，使用合适设备振荡或搅拌)。e)任选地，例如在烘箱中加热过夜或者在合适的加热夹套、罩套或类似装备中加热，任选地，此加热可与诸如(d)中所用的搅拌合并。f)重复/继续d)和e)，直至增稠剂被完全溶解以及(如果使用的话)金属离子基添加剂被均匀分散。g)过滤电解质制剂以去除在所需阈值尺寸之上的任何残留固体颗粒。现在所制得的电解质制剂已准备好用于以任何已知方式(诸如真空回填)或新型方法(诸如下面所述者)构造染料太阳能电池。添加聚合增稠剂最初会造成粘度的牛顿升高(Newtonian increase);并且在较高负荷下造成假塑性(剪切稀化)行为。对电解质的流变行为加以控制有利于更宽和更方便的沉积过程窗口，并且允许使用非传统的电解质填充技术。此外，聚合增稠剂在改变表面张力和改变电解质的其它流体特性中的作用也有助于促进对电解质一旦沉积到基板上时的流动行为的更好控制。另外，由于电解质从电池中逸出的能力变差，相信提高电解质的粘度和提高表面张力在用该电解质制成的电池的长期稳定性方面具有有益效果。参考图1、2和3，以图表的形式显示了多种增稠电解质制剂的实验结果。制剂A是未增稠的参比样品。制剂B、C和D分别基于含有以2.3%、4.5%和6%浓度添加的B-76分子量聚乙烯醇缩丁醛的制剂A。制剂E基于含有以3%浓度添加的B-79分子量聚乙烯醇缩丁醛的制剂A。参考图1，每个样品的流变学表现为粘度对剪切速率。图2显示了离子电导率，且图3显示了作为效率对时间的长期稳定性。结果显示制剂B、C、D和E具有可接受的电导率和长期稳定性，并且证实了其适合用于可行的染料敏化太阳能电池。在上述实施方式中，使用了增稠剂，其是聚乙烯醇缩丁醛形式的聚乙烯基烷基醛树脂。实验显示其它增稠剂可用于类似效果，诸如聚乙二醇、烷基纤维素诸如乙基纤维素、聚环氧烷诸如聚环氧乙烷；羟基烷基纤维素诸如羟丙基纤维素；聚丙烯腈；聚乙酸乙烯酯、聚碳酸亚烃酯共聚物或者聚乙烯基烷基醚诸如聚乙烯基甲基醚或聚乙烯基乙基醚。此外，实验显示这些增稠剂也可任选与更多传统的电解质胶凝剂协同使用，例如金属离子基化合物(诸如二氧化硅、氧化铝、粘土、滑石、二氧化钛等)或者聚偏1，1-二氟乙烯或其共聚物变体。可以看到本发明的实施方式给出了至少一种以下优点。.使用溶解的增稠剂解决了分配系统阻塞的问题.可对电解质粘度加以控制以优化多种沉积技术.提高和控制电解质的表面张力以改善应用阶段中的电解质流动.不会显著影响电池性能除非另外表明，本文所包含的对现有技术的任何引用不被认为是承认该信息为公知常识。最后，应意识到可对前面所述部分进行多种改变或增补而不会背离本发明的精神或范围。
权利要求
1.一种用于光电化学装置中的电解质制剂，包括:增稠剂； 其中所述增稠剂被溶解在所述电解质中。
2.如权利要求1所述的电解质制剂，其中所述增稠剂是聚合的。
3.如权利要求2所述的电解质制剂，其中所述增稠剂包括聚乙烯基烷基醛树脂，诸如聚乙烯醇缩丁醛。
4.如权利要求2所述的电解质制剂，其中所述增稠剂包括聚乙二醇。
5.如权利要求2所述的电解质制剂，其中所述增稠剂包括烷基纤维素，诸如乙基纤维素。
6.如权利要求2所述的电解质制剂，其中所述增稠剂包括聚环氧烷，诸如聚环氧乙烷。
7.如权利要求2所述的电解质制剂，其中所述增稠剂包括羟基烷基纤维素，诸如羟丙基纤维素。
8.如权利要求2所述的电解质制剂，其中所述增稠剂包括以下中的任意品种:聚丙烯腈、聚乙酸乙烯酯、聚碳酸亚烃酯共聚物或聚乙烯基烷基醚，诸如聚乙烯基甲基醚或聚乙烯基乙基醚。
9.如前述权利要求中任一项所述的电解质制剂，其中所述增稠剂以0.1被％到20被％的量存在。
10.如前述权利要求中任一项所述的电解质制剂，其中所述增稠剂以2wt%到9wt%的量存在。
11.如前述权利要求中任一项所述的电解质制剂，其中所述增稠剂以约6wt%的量存在。
12.如前述权利要求中任一项所述的电解质制剂，还包括通常基于纳米颗粒金属离子的化合物。
13.一种光电化学装置，包括如前述权利要求中任一项所述的电解质制剂。
14.如权利要求13所述的光电化学装置，其中所述装置是染料敏化的太阳能电池。
全文摘要
公开了一种用于光电化学装置的电解质制剂，包括增稠剂；其中所述增稠剂被溶解在电解质中。所述增稠剂可以是聚合的。
文档编号H01M6/14GK103190024SQ201180051864
公开日2013年7月3日 申请日期2011年10月25日 优先权日2010年10月26日
发明者D.米利肯, S.Z.阿迈德, N.江 申请人:戴索工业有限公司