专利名称：太阳能电池改性聚合物电解质及制备方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能电池聚合物电解质，本发明还涉及该电解质的制备方法和应用。
背景技术：
虽然基于液态电解质的染料敏化纳米晶太阳能电池取得了较高的光电转换效率， 但是液态电解质易泄露、挥发，致使组装而成的电池密封困难，且在长期实际应用中性能下降，使用寿命缩短。经大量实际研究可知为了解决液体电解质存在的问题，可以用固体电解质替代液体电解质或采用凝胶电解质，从而发展固态或准固态太阳能电池。以高分子聚合物为基体的准固态电解质在材料的选择、设计及合成上具有灵活性，并且制备工艺相对比较简单，其组装而成的染料敏化纳米晶太阳能电池可获得较高的光电转换效率。但是聚合物电解质离子电导率低、离子扩散系数小以及与工作电极间接触性差，致使采用聚合物电解质的染料敏化纳米晶太阳能电池的光电转换效率低于基于液态电解质的染料敏化纳米晶太阳能电池。另外，染料敏化纳米晶太阳能电池内部的界面电子复合是影响电池性能的重要因素。界面电子复合使得电池的电流和电压降低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供减小界面复合从而能提高电池开路电压的太阳能电池改性聚合物电解质。本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供减小界面复合从而能提高电池开路电压的太阳能电池改性聚合物电解质的制备方法。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为一种太阳能电池改性聚合物电解质，其特征在于包括如下组分聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯混合物、二氧化硅纳米粒子、摩尔比为1 10的I2/KI氧化还原电对、酰胺及有机溶剂A，其中，聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯总质量为有机溶剂A质量的2 % 10 %， 聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯质量比为1 4 4 1 ；二氧化硅纳米粒子的质量为聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯总质量的10% 30% ；Ι2/ΚΙ氧化还原电对中的K与聚氧乙烯中的0满足Κ/0摩尔比为4 5;有机溶剂A由碳酸丙烯酯和乙二醇二甲醚组成，并且碳酸丙烯酯与乙二醇二甲醚的体积比为1 8 8 1，酰胺与聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯总质量的质量比为1 10 1.3 1。所述的酰胺可以是乙酰胺、丙酰胺及异丁酰胺中的至少一种。一种太阳能电池改性聚合物电解质的制备方法，其特征在于包括如下步骤①按质量比为1 4 4 1称取聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯溶于混合有机溶剂A中，聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯总质量为有机溶剂质量的2 % 10 %，并在 60 100°C下水浴加热使其溶解，二氧化硅纳米粒子用无水乙醇溶解并加入到混合物中， 二氧化硅纳米粒子的质量为聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯总质量的10 30%，继续CN 102543451 A
加热搅拌均勻，得到高分子纳米粒子混合液，前述的混合有机溶剂A由碳酸丙烯酯和乙二醇二甲醚组成，并且碳酸丙烯酯与乙二醇二甲醚的体积比为1 8 8 1;②向步骤①所得的高分子纳米粒子混合液中加入I2/KI氧化还原电对，常温下搅拌4 8小时至混合均勻，并且，Ι2/ΚΙ氧化还原电对摩尔比为I2 KI = 1 10，Ι2/ΚΙ氧化还原电对中的K与聚氧乙烯中的0满足Κ/0摩尔比为4 5 ；③在不断搅拌的同时，向步骤②得到的聚合物电解质中加入酰胺，酰胺与聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯总质量的质量比为1 10 1.3 1，持续搅拌至混合均勻，得酰胺改性聚合物电解质体系。一种制备染料敏化纳米晶太阳能电池的制备方法，其特征在于在染料敏化纳米晶薄膜表面滴加改性聚合物电解质，然后在60 100°C的烘箱内烘烤1 3小时，加上镀钼的导电玻璃对电极，持续烘烤至电极间牢固结合，即可组装成染料敏化纳米晶太阳能电池。与现有技术相比，本发明的优点在于本发明可以有效的减小界面复合，从而提高电池的开路电压，进而提高了聚合物电解质染料敏化纳米晶太阳能电池的效率。酰胺具有一个羰基氧原子和一个氮原子两个配位点，存在两种共振模式，其中羰基氧原子易于配位而导致C = O双键特征减弱，而C-N键具有部分双键特征，因此氧原子易与电解质中的K+发生反应，进而影响电解质的离子电导；另一方面，-NH2基团具有弱碱性和孤对电子，可以同 κ+和I3-络合，当酰胺和二氧化钛多孔光阳极接触时被认为可以去质子化二氧化钛表面并且使得二氧化钛的费米能级和导带底能级向更负方向移动。
具体实施例方式以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。实施例1 :0. IOg乙酰胺加入到PEO/P (VDF-HFP) /纳米SW2复合体系。按质量比为2 3称取0. 2g的PEO/P (VDF-HFP)在80°C混合于6g体积比为7 3 的PC和DME的有机溶剂中，持续搅拌至溶解完全，然后加入0. 02g SiO2纳米颗粒和无水乙醇，SiO2纳米粒子无水乙醇溶液按照如下比例配比0. 002g/ml 0. lg/ml，继续加热搅拌使其混合均勻。二氧化硅纳米粒子作为高分子的固体增塑剂。二氧化硅纳米粒子用无水乙醇溶解并加入到混合物中。向混合溶液中加入0. 038g I2与0. 25g KI，构成氧化还原电对。常温下搅拌4 8小时至共混均勻。在搅拌的同时向准固态电解质中加入0. IOg乙酰胺，持续搅拌12 M小时。 0. IOg乙酰胺改性后测得准固态电解质离子电导率为0. 59mS. cnT1，将经过0. IOg乙酰胺改性的准固态电解质体系滴加到染料敏化纳米晶膜上，水平放置到烘箱中在70°C的环境下持续烘烤1 3小时，盖上钼对电极，继续烘烤至电极间牢固结合。在室温环境，使用氙灯模拟太阳光，光强为95. 53mff. cm_2 (光强使用硅光电二极管标定)条件下，测得0. IOg乙酰胺改性的准固态电解质染料敏化纳米晶太阳能电池(有效光照面积为0. 16cm2)的短路电流为11. 58mA. cm_2，比未经乙酰胺改性的准固态电解质太阳能电池短路电流(11. 13mA. cm—2)提高了 0. 45mA. cm—2 ；其开路电压为0. 604V,比未经乙酰胺改性的准固态电解质太阳能电池开路电压(0. 589V)提高了 15mV;其光电转换效率为 5. 01%，比未经乙酰胺改性的准固态电解质太阳能电池效率(4. 64% )提高了约8%。
实施例2 0. 20g乙酰胺加入到PEO/P (VDF-HFP) /纳米SW2复合体系。按质量比为2 3称取0. 2g的PEO/P (VDF-HFP)在80°C混合于6g体积比为7 3 的PC和DME的有机溶剂中，持续搅拌至溶解完全，然后加入0.02g SiO2和无水乙醇，继续加热搅拌使其混合均勻。向混合溶液中加入0. 038g I2与0. 25g KI，构成氧化还原电对。常温下搅拌4 8小时至共混均勻。在搅拌的同时向准固态电解质中加入0.20g乙酰胺，持续搅拌12 M小时。 0. 20g乙酰胺改性后测得准固态电解质离子电导率为0. 92mS. cnT1。将经过0. 20g乙酰胺改性的准固态电解质体系滴加到染料敏化纳米晶膜上，水平放置到烘箱中在70°C的环境下持续烘烤1 3小时，盖上钼对电极，继续烘烤至电极间牢固结合。在室温环境，使用氙灯模拟太阳光，光强为95. 53mff. cm_2 (光强使用硅光电二极管标定)条件下，测得0. 20g乙酰胺改性的准固态电解质染料敏化纳米晶太阳能电池(有效光照面积为0. 16cm2)的短路电流为13. 91mA. cm_2，比未经乙酰胺改性的准固态电解质太阳能电池短路电流(11. 13mA. cm—2)提高了 2. 78mA. cm—2 ；其开路电压为0. 604V,比未经乙酰胺改性的准固态电解质太阳能电池开路电压(0. 589V)提高了 15mV;其光电转换效率为 6. 04%，比未经乙酰胺改性的准固态电解质太阳能电池效率(4. 64% )提高了约30%。实施例3 0. 25g乙酰胺加入到PEO/P (VDF-HFP) /纳米SW2复合体系。按质量比为2 3称取0. 2g的PEO/P (VDF-HFP)在80°C混合于6g体积比为7 3 的PC和DME的有机溶剂中，持续搅拌至溶解完全，然后加入0.02g SiO2和无水乙醇，继续加热搅拌使其混合均勻。向混合溶液中加入0. 038g I2与0. 25g KI，构成氧化还原电对。常温下搅拌4 8小时至共混均勻。在搅拌的同时向准固态电解质中加入0.25g乙酰胺，持续搅拌12 M小时。 0. 25g乙酰胺改性后测得准固态电解质离子电导率为0. 27mS. cnT1。将经过0. 25g乙酰胺改性的准固态电解质体系滴加到染料敏化纳米晶膜上，水平放置到烘箱中在70°C的环境下持续烘烤1 3小时，盖上钼对电极，继续烘烤至电极间牢固结合。在室温环境，使用氙灯模拟太阳光，光强为95. 53mff. cm_2 (光强使用硅光电二极管标定)条件下，测得0. 25g乙酰胺改性的准固态电解质染料敏化纳米晶太阳能电池(有效光照面积为0. 16cm2)的短路电流为11. 92mA. cm_2，比未经乙酰胺改性的准固态电解质太阳能电池短路电流(11. 13mA. cm"2)提高了 0. 8mA. cm—2 ；其开路电压为0. 631V，比未经乙酰胺改性的准固态电解质太阳能电池开路电压(0. 589V)提高了 42mV ；其光电转换效率为 4. 74%，比未经乙酰胺改性的准固态电解质太阳能电池效率(4. 64% )提高了约2. 2%。对比实施例按质量比为2 3称取0. 2g的PEO/P (VDF-HFP)在80°C混合于6g体积比为7 3 的PC和DME的有机溶剂中，持续搅拌至溶解完全，然后加入0.02g SiO2和无水乙醇，继续加热搅拌使其混合均勻。向混合溶液中加入0. 038g I2与0. 25g KI，构成氧化还原电对。常温下搅拌4 8小时至共混均勻。将未经乙酰胺改性的准固态电解质体系滴加到染料敏化纳米晶膜上，水平放置到烘箱中在70°C的环境下持续烘烤1 3小时，盖上钼对电极，继续烘烤至电极间牢固结合。在室温环境，使用氙灯模拟太阳光，光强为95. 53mff. cm_2 (光强使用硅光电二极管标定)条件下，测得未经乙酰胺改性的准固态电解质染料敏化纳米晶太阳能电池(有效光照面积为0. 16cm2)的光电转换效率为4. 64%。上述实施例中的乙酰胺，也可以用丙酰胺和异丁酰胺替代。
权利要求
1.一种太阳能电池改性聚合物电解质，其特征在于包括如下组分聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯混合物、二氧化硅纳米粒子、摩尔比为1 10的I2/KI氧化还原电对、酰胺及有机溶剂Α，其中，聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯总质量为有机溶剂A质量的2 % 10 %，聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯质量比为1 4 4 1 ；二氧化硅纳米粒子的质量为聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯总质量的10% 30% ；Ι2/ΚΙ氧化还原电对中的K与聚氧乙烯中的0满足Κ/0摩尔比为4 5;有机溶剂A由碳酸丙烯酯和乙二醇二甲醚组成，并且碳酸丙烯酯与乙二醇二甲醚的体积比为1 8 8 1，酰胺与聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯总质量的质量比为1 10 1.3 1。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池改性聚合物电解质，其特征在于所述的酰胺为乙酰胺、丙酰胺及异丁酰胺中的至少一种。
3.一种太阳能电池改性聚合物电解质的制备方法，其特征在于包括如下步骤①按质量比为14 41称取聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯溶于混合有机溶剂A中，聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯总质量为有机溶剂质量的2% 10%，并在 60 100°C下水浴加热使其溶解，二氧化硅纳米粒子用无水乙醇溶解并加入到混合物中， 二氧化硅纳米粒子的质量为聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯总质量的10 30%，继续加热搅拌均勻，得到高分子纳米粒子混合液，前述的混合有机溶剂A由碳酸丙烯酯和乙二醇二甲醚组成，并且碳酸丙烯酯与乙二醇二甲醚的体积比为1 8 8 1;②向步骤①所得的高分子纳米粒子混合液中加入I2/KI氧化还原电对，常温下搅拌 4 8小时至混合均勻，并且，Ι2/ΚΙ氧化还原电对摩尔比为I2 KI = 1 10，Ι2/ΚΙ氧化还原电对中的K与聚氧乙烯中的0满足Κ/0摩尔比为4 5 ；③在不断搅拌的同时，向步骤②得到的聚合物电解质中加入酰胺，酰胺与聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯总质量的质量比为1 10 1.3 1，持续搅拌至混合均勻，得酰胺改性聚合物电解质体系。
4.利用权利要求1或2所述的电解质制备染料敏化纳米晶太阳能电池的方法，其特征在于在染料敏化纳米晶薄膜表面滴加改性聚合物电解质，然后在60 100°C的烘箱内烘烤 1 3小时，加上镀钼的导电玻璃对电极，持续烘烤至电极间牢固结合，即可组装成染料敏化纳米晶太阳能电池。
全文摘要
一种太阳能电池改性聚合物电解质，其特征在于包括如下组分聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯混合物、二氧化硅纳米粒子、摩尔比为1∶10的I2/KI氧化还原电对、酰胺及有机溶剂A。本发明还公开了该电解质的制备方法和应用。与现有技术相比，本发明的优点在于本发明可以有效的减小界面复合，从而提高电池的开路电压，进而提高了聚合物电解质染料敏化纳米晶太阳能电池的效率。
文档编号H01M14/00GK102543451SQ20121005796
公开日2012年7月4日 申请日期2012年3月7日 优先权日2012年3月7日
发明者冯姜伟, 孙强, 崔艳峥, 张京, 张雪妮, 王培卿, 诸跃进, 郑君 申请人:宁波大学