专利名称：一种用于纳米晶太阳能电池的新型电解质的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于纳米晶太阳能电池的新型电解质。
背景技术：
新能源是21世纪世界经济发展中最具决定力的五大技术领域之一。太阳能是一种清洁、高效和永不衰竭的能源，对人类来说研究利用太阳能是最现实的。1991年，瑞士洛桑工学院GrStzeI教授于《Nature》上发表了关于纳米晶太阳能电池(Dye SensitizedSolar Cell，简称DSSC)以较低的成本得到大于7%的光电转换效率的文章，这为太阳能的利用提供了一条新的途径。这种电池的最大优点是其成本只有传统硅太阳能电池的1/10，·通过对染料敏化剂的改进，用一种称为black dye染料，使这种电池总的光电转换效率已接近了多晶硅太阳能电池的转换效率。染料敏化太阳能电池由于制作方法简单，成本低廉，转换效率较高成为硅晶太阳能电池的有利竞争者，引起广泛的关注和研究。电解质起到工作电极和对电极之间电子传导的作用，电解质的组成对电池的效率起着重要的作用。目前染料敏化太阳能电池的电解质主要是含有无机碘盐和碘单质的氧化还原电子对的乙腈等有机溶液，转换效率虽较高，但存在电解质用途过于单一的问题。为提高电池效率，可采用向电解质中增加添加剂的方法来提高电池的光电压。因此电解质添加剂已经成为研究热点。吡啶和咪唑类化合物是目前比较常用的电解质添加剂。目前染料敏化太阳能电池的转化率还不能与晶硅电池的效率相提并论，主要原因是由于电池的对太阳光的利用不高，电池所用的染料只能吸收部分太阳光，另一部分无法吸收波段的光会通过电池透射过去，限制了电池的光转化效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于纳米晶太阳能电池的新型电解质，采用该电解质能够提高电池的光电转换效率。一种用于纳米晶太阳能电池的新型电解质，其特别之处在于，按照质量百分比计组成为荧光染料占O. 0005% -O. 0050%，余量为液体电解质。其中荧光染料为钐配合物、铕配合物或铽配合物。其中配合物的配体为2，4，6-三吡啶基嗪TPTZ或者荧光素钠。其中液体电解质中的溶质为碘单质、碘化锂、I，2- 二甲基-3丙基咪唑碘DMPI1、4-叔丁基吡啶TBP和异硫氰酸胍GuSCN组成，溶剂为乙腈。其中碘单质的摩尔浓度为O. 2-0. 5mol/L，碘化锂的摩尔浓度为O. 03-0. 06mol/L,I，2- 二甲基-3丙基咪唑碘DMPII的摩尔浓度为O. 3-0. 6mol/L，4_叔丁基吡啶TBP的摩尔浓度为O. 4-0. 6mol/L，异硫氰酸胍GuSCN的摩尔浓度为O. 05-0. 2mol/L。本发明的新型电解质通过其中荧光染料的转换作用，将太阳光谱中能量不匹配的光子进行频率调制，使其更容易被通常具有较高光电转换效率的太阳能电池染料吸收，从而达到了提高纳米晶太阳能电池的光电转换效率的效果。由于通过本发明中新型荧光染料吸收太阳能电池染料不吸收的波段的太阳光，提高太阳光的利用率，因此达到了提高纳米晶太阳能电池的光电转换效率的效果。
具体实施例方式
电池中敏化染料性能的优劣是直接决定光电池的光电转换效率的重要因素，理想的染料必须是对太阳光具有很好的吸收特性，即能吸收大部分或者全部的入射光，其吸收光谱与太阳光谱很好地匹配。但是现实中往往很难找到理想的染料，因此选用合适的吸收可见光范围更宽、吸收系数更大的荧光染料进行敏化，能够达到提高电池光电性能的目的。本发明的电解质中有了荧光染料的加入，对太阳光谱中能量不匹配的光子进行频率(即波长)调制，使其更容易被敏化染料吸收，从而提高纳米晶太阳能电池的光电转换效率。由于光的波长是由光子的能量决定的，分子通过 吸收较大能量光子辐射出较小能量的光子，即可以完成光从短波长到长波长的转换，从而是敏化染料吸收更多的光子，达到提高电池光电转换效率的目的。本发明的电解质选用的荧光染料的吸光波谱范围是主要从300到500nm的可见光区，从吸收光谱上说N3染料和选用的荧光染料的吸收波长正好互补，选用的荧光染料吸收N3染料不吸收的那部分波长的光，不存在相互竞争的问题。选用的荧光染料的发射光波长范围是从400到600nm。而这正好与N3的最大吸收的波长范围匹配。因此选用的荧光染料既不与N3染料竞争吸收太阳光，又可以发射N3染料所需要的光子，可以起到增大N3染料的吸收又不产生吸收竞争的光子调制作用。实施例1 :按照各组份摩尔浓度比，分别称取碘单质O. 0508g、碘化锂O. 1606g、DMPIIO. 4258g、TBP O. 3244g、GuSCN O. 0472g加入4ml乙腈溶液中，充分溶解，形成液体电解质。称取钐TPTZ配合物2. 08 X 10_5g，加入到液体电解质中，充分溶解，配制成O. 0005%的新液体电解质。用该电解质组装成纳米晶太阳能电池，染料为钌配合物N3染料，光阳极为纳米二氧化钛(P25)薄膜。在室温下，使用氙灯模拟太阳光，强度为500W，电池有效受光面积为O. 25cm2，计算出电池的光电转换效率为5. 14%。实施例2:按照各组份摩尔浓度比，分别称取碘单质O. 0508g、碘化锂O. 1606g、DMPIIO. 4258g、TBP O. 3244g、GuSCN O. 0472g加入4ml乙腈溶液中，充分溶解，充分溶解，形成液体电解质。称取钐TPTZ配合物20. 8X 10_5g，加入到液体电解质中，配制成O. 005%的新液体电解质。用该电解质组装成纳米晶太阳能电池，染料为钌配合物N3染料，光阳极为纳米二氧化钛(P25)薄膜。在室温下，使用氙灯模拟太阳光，强度为500W，电池有效受光面积为O. 25cm2，计算出电池的光电转换效率为6. 07%。实施例3:按照各组份摩尔浓度比，分别称取碘单质O. 0508g、碘化锂O. 1606g、DMPIIO. 4258g、TBP O. 3244g、GuSCN O. 0472g加入4ml乙腈溶液中，充分溶解，充分溶解，形成液体电解质。称取钐荧光素钠配合物2. 08 X 10_5g，加入到液体电解质中，配制成O. 0005%的新液体电解质。用该电解质组装成纳米晶太阳能电池，染料为钌配合物N3染料，光阳极为纳米二氧化钛(P25)薄膜。在室温下，使用氙灯模拟太阳光，强度为500W，电池有效受光面积为O. 25cm2，计算出电池的光电转换效率为4. 58%。实施例4 按照各组份摩尔浓度比，分别称取碘单质O. 0508g、碘化锂O. 1606g、DMPIIO. 4258g、TBP O. 3244g、GuSCN O. 0472g加入4ml乙腈溶液中，充分溶解，充分溶解，形成液体电解质。称取钐荧光素钠配合物20. 8 X 10_5g，加入到液体电解质中，配制成O. 0050%的新液体电解质。用该电解质组装成纳米晶太阳能电池，染料为钌配合物N3染料，光阳极为纳米二氧化钛(P25)薄膜。在室温下，使用氙灯模拟太阳光，强度为500W，电池有效受光面积为O. 25cm2，计算出电池的光电转换效率为5. 45%。实施例5 按照各组份摩尔浓度比，分别称取碘单质O. 0508g、碘化锂O. 1606g、DMPII O. 4258g、TBP O. 3244g、GuSCN O. 0472g加入4ml乙腈溶液中，充分溶解，充分溶解，形成液体电解质。称取铕TPTZ配合物2. 08 X 10_5g，加入到液体电解质中，配制成O. 0005%的新液体电解质。用该电解质组装成纳米晶太阳能电池，染料为钌配合物N3染料，光阳极为纳米二氧化钛(P25)薄膜。在室温下，使用氙灯模拟太阳光，强度为500W，电池有效受光面积为O. 25cm2，计算出电池的光电转换效率为5. 35%。实施例6 按照各组份摩尔浓度比，分别称取碘单质O. 0508g、碘化锂O. 1606g、DMPIIO. 4258g、TBP O. 3244g、GuSCN O. 0472g加入4ml乙腈溶液中，充分溶解，充分溶解，形成液体电解质。称取铕TPTZ配合物20. 8 X 10_5g，加入到液体电解质中，配制成O. 0050%的新液体电解质。用该电解质组装成纳米晶太阳能电池，染料为钌配合物N3染料，光阳极为纳米二氧化钛(P25)薄膜。在室温下，使用氙灯模拟太阳光，强度为500W，电池有效受光面积为O. 25cm2，计算出电池的光电转换效率为6. 07%。实施例7 按照各组份摩尔浓度比，分别称取碘单质O. 0508g、碘化锂O. 1606g、DMPIIO. 4258g、TBP O. 3244g、GuSCN O. 0472g加入4ml乙腈溶液中，充分溶解，充分溶解，形成液体电解质。称取铕荧光素钠配合物2. 08 X 10_5g，加入到液体电解质中，配制成O. 0005%的新液体电解质。用该电解质组装成纳米晶太阳能电池，染料为钌配合物N3染料，光阳极为纳米二氧化钛(P25)薄膜。在室温下，使用氙灯模拟太阳光，强度为500W，电池有效受光面积为O. 25cm2，计算出电池的光电转换效率为4. 92%。实施例8 按照各组份摩尔浓度比，分别称取碘单质O. 0508g、碘化锂O. 1606g、DMPIIO. 4258g、TBP O. 3244g、GuSCN O. 0472g加入4ml乙腈溶液中，充分溶解，充分溶解，形成液体电解质。称取铕荧光素钠配合物20. 8X10_5g，加入到液体电解质中，配制成O. 0050%的新液体电解质。用该电解质组装成纳米晶太阳能电池，染料为钌配合物N3染料，光阳极为纳米二氧化钛(P25)薄膜。在室温下，使用氙灯模拟太阳光，强度为500W，电池有效受光面积为O. 25cm2，计算出电池的光电转换效率为5. 04%。实施例9 按照各组份摩尔浓度比，分别称取碘单质O. 0508g、碘化锂O. 1606g、DMPIIO. 4258g、TBP O. 3244g、GuSCN O. 0472g加入4ml乙腈溶液中，充分溶解，充分溶解，形成液体电解质。称取铽TPTZ配合物2. 08 X 10_5g，加入到液体电解质中，配制成O. 0005%的新液体电解质。用该电解质组装成纳米晶太阳能电池，染料为钌配合物N3染料，光阳极为纳米二氧化钛(P25)薄膜。在室温下，使用氙灯模拟太阳光，强度为500W，电池有效受光面积为O. 25cm2，计算出电池的光电转换效率为4. 88%。实施例10 按照各组份摩尔浓度比，分别称取碘单质O. 0508g、碘化锂O. 1606g、DMPIIO. 4258g、TBP O. 3244g、GuSCN O. 0472g加入4ml乙腈溶液中，充分溶解，充分溶解，形成液体电解质。称取铽TPTZ配合物20. 8 X 10_5g，加入到液体电解质中，配制成O. 0050%的新液体电解质。用该电解质组装成纳米晶太阳能电池，染料为钌配合物N3染料，光阳极为纳米二氧化钛(P25)薄膜。在室温下，使用氙灯模拟太阳光，强度为500W，电池有效受光面积为O. 25cm2，计算出电池的光电转换效率为5. 72%。实施例11 按照各组份摩尔浓度比，分别称取碘单质O. 0508g、碘化锂O. 1606g、DMPIIO. 4258g、TBP O. 3244g、GuSCN O. 0472g加入4ml乙腈溶液中，充分溶解，充分溶解，形成液体电解质。称取铽荧光素钠配合物2. 08 X 10_5g，加入到液体电解质中，配制成O. 0005%的新液体电解质。用该电解质组装成纳米晶太阳能电池，染料为钌配合物N3染料，光阳极为纳米二氧化钛(P25)薄膜。在室温下，使用氙灯模拟太阳光，强度为500W，电池有效受光面积为O. 25cm2，计算出电池的光电转换效率为5. 04%。实施例12 按照各组份摩尔浓度比，分别称取碘单质O. 0508g、碘化锂O. 1606g、DMPII
O.4258g、TBP O. 3244g、GuSCN O. 0472g加入4ml乙腈溶液中，充分溶解，充分溶解，形成液体电解质。称取铽荧光素钠配合物20. 8 X 10_5g，加入到液体电解质中，配制成O. 0050%的新液体电解质。用该电解质组装成纳米晶太阳能电池，染料为钌配合物N3染料，光阳极为纳米二氧化钛(P25)薄膜。在室温下，使用氙灯模拟太阳光，强度为500W，电池有效受光面积为O. 25cm2，计算出电池的光电转换效率为5. 65%。本发明的新型电解质也可以应用在准固态电解质和固态电解质中，例如凝胶电解质是由液态电解质和凝胶高分子组成。可直接将该发明中荧光染料直接加入现有液态电解质，然后在和高分子混合，形成凝胶电解质。固态电解质方面，可直接将荧光染料直接溶于某种溶剂中，添加到固态电解质制备过程中，待溶剂挥发后，形成固态电解质，具体可根据实际效果添加不同的量。
权利要求
1.一种用于纳米晶太阳能电池的新型电解质，其特征在于，按照质量百分比计组成为荧光染料占0. 0005% -0. 0050%，余量为液体电解质。
2.如权利要求1所述的一种用于纳米晶太阳能电池的新型电解质，其特征在于其中荧光染料为钐配合物、铕配合物或铽配合物。
3.如权利要求2所述的一种用于纳米晶太阳能电池的新型电解质，其特征在于其中配合物的配体为2，4，6-三吡啶基嗪TPTZ或者荧光素钠。
4.如权利要求1至3中任意一项所述的一种用于纳米晶太阳能电池的新型电解质，其特征在于其中液体电解质中的溶质为碘单质、碘化锂、I，2- 二甲基-3丙基咪唑碘DMPI1、4-叔丁基吡啶TBP和异硫氰酸胍GuSCN组成，溶剂为乙腈。
5.如权利要求4所述的一种用于纳米晶太阳能电池的新型电解质，其特征在于其中碘单质的摩尔浓度为0. 2-0. 5mol/L，碘化锂的摩尔浓度为0. 03-0. 06mol/L, 1，2_ 二甲基-3丙基咪唑碘DMPII的摩尔浓度为0. 3-0. 6mol/L，4-叔丁基吡啶TBP的摩尔浓度为0.4-0. 6mol/L，异硫氰酸胍GuSCN的摩尔浓度为0. 05-0. 2mol/L。
全文摘要
本发明涉及一种用于纳米晶太阳能电池的新型电解质。其特点是，按照质量百分比计组成为荧光染料占0.0005％-0.0050％，余量为液体电解质。本发明的新型电解质通过其中荧光染料的转换作用，将太阳光谱中能量不匹配的光子进行频率调制，使其更容易被通常具有较高光电转换效率的太阳能电池染料吸收，从而达到了提高纳米晶太阳能电池的光电转换效率的效果。由于通过本发明中新型荧光染料吸收太阳能电池染料不吸收的波段的太阳光，提高太阳光的利用率，因此达到了提高纳米晶太阳能电池的光电转换效率的效果。
文档编号H01G9/20GK103021661SQ20121053295
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月11日 优先权日2012年12月11日
发明者张辉 申请人:彩虹集团公司