专利名称：电解质添加剂、电解质及其太阳能电池的制作方法
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。
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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°C )、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
权利要求
1.一种电解质添加剂，其特征在于，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
2.如权利要求I所述的电解质添加剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括 执行步骤SI :量取4- 二甲氨基吡啶和相对于所述4- 二甲氨基吡啶过量的卤代烷反应，其反应式为
3.如权利要求2所述的电解质添加剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法进一步包括 执行步骤S3 :将所制备的电解质添加剂进一步在阴离子BF4_、PF6_、CF3SO3' C2F5SO3'[N (SO2CF3) 2]' [N (SO2C2F5) 2]' [N (SO2C3F7) 2]' SCN' N (CN) 2、C (CN3)' SiF6' B (CN) 4\ CF3COO'C2F5COO' N03_、SO广、C104_、PO4^其中之一的盐溶液中充分的进行阴离子交换，以获得所述的电解质添加剂。
4.如权利要求2 3任一权利要求所述的电解质添加剂的制备方法，其特征在于，所述用于洗涤工序的洗涤溶液为乙醚。
5.如权利要求2 3任一权利要求所述的电解质添加剂的制备方法，其特征在于，所述盐溶液包括但不限于钠盐、锂盐、钾盐或银盐的其中之一或其混合物。
6.一种具有如权利要求I所述电解质添加剂的电解质，其特征在于，所述电解质包括具有不同阴离子，Cl' Br' I' BF4' PF6' CF3SO3' C2F5SO3' [N(SO2CF3)2]' [N(SO2C2F5)2]'[N(SO2C3F7)2]' SCN' N(CN)2' C(CN3)' SiF6' B(CN)4' CF3COO' C2F5COO' NO3' SO42' ClO4'P04_的其中之一离子的化合物，或者具有不同阴离子，例如Cl' Br' 1_、BF4_、PF6_、CF3SO3'C2F5SO3' [N(SO2CF3)2]' [N(SO2C2F5)2]\ [N(SO2C3F7)2]'SCN'N(CN)2\C(CN3)'SiF6'B(CN)4\CF3COO' C2F5COO' N03_、SO42' C104_、P04_的不同离子的化合物所形成的混合物添加剂。
7.如权利要求6所述的电解质的制备方法，其特征在于，所述电解质的制备方法包括 执行步骤SI :将所述电解质添加剂按照摩尔浓度0. n. Omol/L，添加到电解质中； 执行步骤S2 :将所述电解质添加剂在所述电解质中溶解均匀以获得本发明所述用于染料敏化太阳能电池的电解质。
8.如权利要求7所述的电解质的制备方法，其特征在于，所述电解质为液态电解质、拟固态电解质或固态电解质的其中之一。
9.如权利要求7 8任一权利要求所述的电解质的制备方法，其特征在于，所述电解质为12的Y-丁内酯(GBL)有机溶剂电解质、I2与聚偏氟乙烯(PVDF)的Y-丁内酯(GBL)有机溶剂电解质、I2的I-甲基-3-丙基咪唑碘化盐(PMII)的离子液态电解质、I2的I-甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸盐(EminBF4)的离子液态电解质的其中之一。
10.一种染料敏化太阳能电池，其特征在于，所述染料敏化太阳能电池具有如权利要求6所述的电解质。
全文摘要
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其中，所述R为C1~C16烷基取代基；所述为阴离子，Cl-、Br-、I-、BF4-、PF6-、CF3SO3-、C2F5SO3-、[N(SO2CF3)2]-、[N(SO2C2F5)2]-、[N(SO2C3F7)2]-、SCN-、N(CN)2-、C(CN3)-、SiF6-、B(CN)4-、CF3COO-、C2F5COO-、NO3-、SO42-、ClO4-、PO4-的其中之一离子。本发明所述用于染料敏化太阳能电池电解质添加剂合成步骤简单、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。将本发明所述的电解质添加剂加入到电解质中，并制备的染料敏化太阳能电池性能优良、稳定性高，且令染料敏化太阳能电池更加绿色环保，更加突显出这一绿色能源的独特优势。
文档编号H01G9/20GK102789902SQ201210265300
公开日2012年11月21日 申请日期2012年7月28日 优先权日2012年7月28日
发明者张鸿, 翁韬, 马廷丽 申请人:营口奥匹维特新能源科技有限公司