专利名称：一种染料敏化纳米晶太阳能电池聚合物电解质及其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。
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了一种提高电解质离子电导率及离子扩散系数从而能提高电池短路电流的染料敏化纳米晶太阳能电池聚合物电解质。本发明所要解决的有一个技术问题是针对上述的技术现状而提供了一种提高电解质离子电导率及离子扩散系数从而能提高电池短路电流的染料敏化纳米晶太阳能电池聚合物电解质的制备方法。本发明所要解决的有一个技术问题是提供了染料敏化纳米晶太阳能电池聚合物电解质的应用。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为一种染料敏化纳米晶太阳能电池聚合物电解质，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、四氟硼酸季铵盐及有机溶剂Α，前述的有机溶剂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 ;前述聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯重量比为I: Γ4:1，并且，聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯总重量为有机溶剂A重量的2°/Γ Ο% ；前述二氧化硅纳米粒子的重量为聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯总重量的10%"30% ；前述Ι2/ΚΙ氧化还原电对中的K与聚氧乙烯中的O满足Κ/0摩尔比为4:5 ;前述四氟硼酸季铵盐与聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯总重量的重量比为1:10 1·3:1。所述的四氟硼酸季铵盐可以是四乙基四氟硼酸铵、四甲基四氟硼酸铵及四氟硼酸苄基三乙基铵中的至少一种。一种染料敏化纳米晶太阳能电池聚合物电解质的制备方法，其特征在于包括如下步骤①按重量比为1:41:1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重量为有机溶剂A重量的29TlO%，并在6(T10(TC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重量为聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯总重量的1(Γ30%，继续加热搅拌均匀，得到高分子纳米粒子混合液，前述的有机溶剂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1:81:1 ;②向步骤①所得的高分子纳米粒子混合液中加入Ι2/ΚΙ氧化还原电对，常温下搅拌41小时至混合均匀，得到聚合物电解质，其中，Ι2/ΚΙ氧化还原电对摩尔比为I2 = KI=I: 10，Ι2/ΚΙ氧化还原电对中的K与聚氧乙烯中的O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四氟硼酸季铵盐，四氟硼酸季铵盐与聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯总重量的重量比为1:1(Γ1.3:1，持续搅拌至混合均匀，得四氟硼酸季铵盐改性聚合物电解质。利用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6(TlO(TC的烘箱内烘烤广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提高电解质离子电导率及离子扩散系数从而能提高电池短路电流，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。基于准固态电解质的太阳能电池的光电转化效率之所以低于基于也态电解质的太阳能电池的效率，其最重要的原因之一在于准固态电解质中的离子迁移率(具体表现为离子扩散系数)明显小于液态电解质中的离子迁移率，这从而影响了电解质的离子电导率，最终很大程度地影响了太阳能电池的短路电流。而在本发明中，因在准固态电解质中加入了四氟硼酸季铵盐，其季铵阳离子与碘离子作用产生配位化合物，从而有利于碘离子在电解质中的传输，从而增大了电解质中V的扩散系数，最终提高了太阳能电池的短路电路及其光电转化效率。
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I :0. IOg四乙基四氟硼酸铵加入到PEO/P (VDF-HFP)(聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯混合物)/纳米SiO2复合体系。按重量比为2:3称取O. 2g的PEO/P(VDF-HFP)在80°C混合于6g体积比为7:3的PC(碳酸丙烯酯)和DME(乙二醇二甲醚)的有机溶剂中，持续搅拌至溶解完全，然后加入O. 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/mfO. lg/ml,继续加热搅拌使其混合均勻。二氧化娃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O. 038g 12与0. 25g KI，构成氧化还原电对。常温下搅拌4 8小时至共混均匀。在搅拌的同时向准固态电解质中加入O. IOg四乙基四氟硼酸铵，持续搅拌12 24小时。O. IOg四乙基四氟硼酸铵改性后测得准固态电解质离子电导率为0. 64mS. cnT1，将经过O. IOg四乙基四氟硼酸铵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的环境下持续烘烤广3小时，盖上钼对电极，继续烘烤至电极间牢固结
八
口 ο在室温环境，使用氣灯模拟太阳光，光强为96. 17mff. cm_2(光强使用娃光电二极管标定)条件下，测得O. IOg四乙基四氟硼酸铵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O. 16cm2)的短路电流为14. 26mA. cm_2，比未经四乙基四氟硼酸铵改性的 准固态电解质太阳能电池短路电流(11. 57mA. cm_2)提高了 23% ;其光电转换效率为5. 76%，比未经四乙基四氟硼酸铵改性的准固态电解质太阳能电池效率(4. 75%)提高了约21%。实施例2 :0. 15g四乙基四氟硼酸铵加入到PEO/P(VDF-HFP)/纳米SiO2复合体系。按重量比为2:3称取O. 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O. 02g SiO2和无水乙醇，继续加热搅拌使其混合均匀。向混合溶液中加入O. 038g 12与0.258 KI，构成氧化还原电对。常温下搅拌4 8小时至共混均匀。在搅拌的同时向准固态电解质中加入O. 15g四乙基四氟硼酸铵，持续搅拌12 24小时。O. 15g四乙基四氟硼酸铵改性后测得准固态电解质离子电导率为d.OemS.cnT1。将经过O. 15g四乙基四氟硼酸铵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的环境下持续烘烤广3小时，盖上钼对电极，继续烘烤至电极间牢固
彡口口 在室温环境，使用氣灯模拟太阳光，光强为96. 17mff. cm 2 (光强使用娃光电二极管标定)条件下，测得O. 15g四乙基四氟硼酸铵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O. 16cm2)的短路电流为14. 70mA. cm_2，比未经四乙基四氟硼酸铵改性的准固态电解质太阳能电池短路电流(11. 57mA. cm—2)提高了 27. 1% ;其光电转换效率为6. 24%，比未经四乙基四氟硼酸铵改性的准固态电解质太阳能电池效率(4. 75%)提高了约 31. 4% ο实施例3 :0. 20g四乙基四氟硼酸铵加入到PEO/P(VDF-HFP)/纳米SiO2复合体系。按重量比为2:3称取O. 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O. 02g SiO2和无水乙醇，继续加热搅拌使其混合均匀。向混合溶液中加入O. 038g 12与0.258 KI，构成氧化还原电对。常温下搅拌4 8小时至共混均匀。在搅拌的同时向准固态电解质中加入O. 20g四乙基四氟硼酸铵，持续搅拌12 24小时。O. 20g四乙基四氟硼酸铵改性后测得准固态电解质离子电导率为=OJSmS-Cm'将经过O. 20g四乙基四氟硼酸铵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的环境下持续烘烤广3小时，盖上钼对电极，继续烘烤至电极间牢固彡口口 在室温环境，使用氣灯模拟太阳光，光强为96. 17mff. cm 2 (光强使用娃光电二极管标定)条件下，测得O. 20g四乙基四氟硼酸铵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O. 16cm2)的短路电流为14. 34mA. cm_2，比未经四乙基四氟硼酸铵改性的准固态电解质太阳能电池短路电流(11. 57mA. cm—2)提高了 23. 9% ;其光电转换效率为5. 56%，比未经四乙基四氟硼酸铵改性的准固态电解质太阳能电池效率(4. 75%)提高了约 17. 1%。对比实施例按重量比为2:3称取O. 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O. 02g SiO2和无水乙醇，继续加热搅拌使其混合均匀。 向混合溶液中加入O. 038g 12与0.258 KI，构成氧化还原电对。常温下搅拌4 8小时至共混均匀。将未经四乙基四氟硼酸铵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的环境下持续烘烤广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，使用氣灯模拟太阳光，光强为96. 17mff. cm 2 (光强使用娃光电二极管标定)条件下，测得未经四乙基四氟硼酸铵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O. 16cm2)的光电转换效率为4. 75%。上述实施例中的四乙基四氟硼酸铵，也可以用四甲基四氟硼酸铵和四氟硼酸苄基三乙基铵替代，光电转换效率也是提高了很多，这里不再继续展开。
权利要求
1.一种染料敏化纳米晶太阳能电池聚合物电解质，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、四氟硼酸季铵盐及有机溶剂Α，前述的有机溶剂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1:81:1 ; 前述聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯重量比为1:4 4:1，并且，聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯总重量为有机溶剂A重量的29TlO% ； 前述二氧化硅纳米粒子的重量为聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯总重量的10%"30% ； 前述12/κ 氧化还原电对中的K与聚氧乙烯中的O满足Κ/0摩尔比为4:5 ; 前述四氟硼酸季铵盐与聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯总重量的重量比为1:10 1·3:1。
2.根据权利要求I所述的染料敏化纳米晶太阳能电池聚合物电解质，其特征在于所述的四氟硼酸季铵盐为四乙基四氟硼酸铵、四甲基四氟硼酸铵及四氟硼酸苄基三乙基铵中的至少一种。
3.一种染料敏化纳米晶太阳能电池聚合物电解质的制备方法，其特征在于包括如下步骤 ①按重量比为1:41:1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重量为有机溶剂A重量的2°/Γ Ο%,并在6(Tl00°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重量为聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯总重量的1(Γ30%，继续加热搅拌均匀，得到高分子纳米粒子混合液，前述的有机溶剂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1:81:1 ; ②向步骤①所得的高分子纳米粒子混合液中加入Ι2/ΚΙ氧化还原电对，常温下搅拌Γ8小时至混合均匀,得到聚合物电解质,其中，Ι2/ΚΙ氧化还原电对摩尔比为I2:KI=1:10，I2/KI氧化还原电对中的K与聚氧乙烯中的O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四氟硼酸季铵盐，四氟硼酸季铵盐与聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯总重量的重量比为1:1(Γ1.3:1，持续搅拌至混合均匀，得四氟硼酸季铵盐改性聚合物电解质。
4.利用权利要求I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6(Γ100 的烘箱内烘烤广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
一种染料敏化纳米晶太阳能电池聚合物电解质，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、四氟硼酸季铵盐及有机溶剂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增大电解质的离子电导率，从而提高电池的短路电流，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H01G9/022GK102800479SQ201210277050
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月6日 优先权日2012年8月6日
发明者诸跃进, 崔艳峥, 张京, 王培卿, 张雪妮, 洪阳, 冯姜伟 申请人:宁波大学