一种透明离子液体及其在染料敏化太阳能电池中的应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光伏电池技术领域，特别是涉及一种新型的透明离子液体，及其在染 料敏化太阳能电池中的应用。
【背景技术】
[0002] 绿色能源是未来经济发展的重要支柱。太阳能电池技术是最有潜力满足人类未 来可持续发展的所需绿色能源的关键技术之一。在众多的太阳能电池中，染料敏化太阳能 电池（DSSCs)，具有较高的效率和较低的成本等优势，自1991年取得突破性进展后，在世 界范围内已经得到了广泛而卓有成效的系统研宄。然而它也存在一些严重的不足，包括 triiodide/iodide(I37T)电解质对电极的腐蚀（特别是当银栅被用来作为电流收集而减 小大尺寸的器件的电阻的时候），封装难度的大，电解质易挥发，器件稳定性差，碘对可见光 的吸收等。这些都严重制约了DSSCs的大规模生产和商业化应用。为了解决上述问题，开 发无碘、无腐蚀和低吸光的氧化还原电对在DSSCs的未来发展中显得尤为重要。
[0003] 室温离子液体（RTIL)因其具有良好的化学以及热稳定性，忽略不计的蒸汽压，较 宽的电化学窗口和较高的离子导电性而在DSSCs和其他的电化学器件中得到广泛的采用。 目前基于纯离子液体的DSSCs最高效率已经达到了 8. 2%。然而它仍然使用传统i37r和 Pt对电极，仍无法完全摆脱碘电解质和Pt对电极面临的问题。
【发明内容】
[0004] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种透明离子液体及其制备方法。 该透明离子液体具有较高的透光性，同时粘度可调，且导电性好。其制备方法反应条件温 和，操作简单易行，且具有普适性。
[0005] 本发明的另一目的是提供基于透明离子液体的染料敏化太阳能电池器件及其制 备方法。所制备的染料敏化太阳能电池器件具有较高的能量转化效率。
[0006] 本发明所采用的技术方案是：
[0007] 一种透明离子液体，其特征在于，该透明离子液体包含四唑硫醇负离子，550nm可 见光透过率大于95% ;导电性为KTi-lS/m。
[0008] 本发明还提供了上述的透明离子液体的制备方法，其具体步骤如下：
[0009]a.以醇溶剂为反应溶剂，在惰性气氛下，按照摩尔比1:1加入KOH固体以及含溴离 子的离子液体，快速搅拌形成均匀的混合碱溶液，KOH和含溴离子的离子液体的摩尔浓度在 0. 1-0. 5M之间。
[0010]b.向上述混合碱溶液中加入与所含溴离子等摩尔量的巯基四唑，在惰性气氛下继 续搅拌反应。
[0011] C.取出经步骤b反应后的溶液，除去醇溶剂，加入乙酸乙酯，搅拌溶解，过滤除去 固体，除去乙酸乙酯得到固体或液体，反复几次，得到最终的产物。
[0012] 优选步骤a所述的醇溶剂包括甲醇、乙醇等。
[0013] 优选步骤a所述的含溴离子的离子液体可以是咪唑型，吡啶型，哌啶型，吡咯烷型 等离子液体，如下式所示，
【主权项】
1. 一种透明离子液体，其特征在于，所述透明离子液体包含四唑硫醇负离子，550nm可 见光透过率大于95% ;导电性为KTi-lS/m。
2. 权利要求1所述的透明离子液体的制备方法，其具体步骤如下： a. 以醇溶剂为反应溶剂，在惰性气氛下，按照摩尔比1:1加入KOH固体以及含溴离子 的离子液体，快速搅拌形成均匀的混合碱溶液，KOH和含溴离子的离子液体的摩尔浓度在 0. 1-0. 5M 之间； b. 向反应完全的上述混合碱溶液中加入与含溴离子等摩尔量的巯基四唑，在惰性气氛 下继续搅拌反应； c. 取出经步骤b反应后的溶液，除去醇溶剂，加入乙酸乙酯，搅拌溶解，过滤除去固体， 除去乙酸乙酯得到固体或液体，反复几次，得到最终的产物。
3. 如权利要求2所述的透明离子液体的制备方法，其特征在于，步骤a所述的含溴离子 的离子液体包括咪唑型，吡啶型，哌啶型，吡咯烷型离子液体，如下所示：
其中，A，B，C为化学基团，包括碳链长度在1-4的烷基，以及酯基团。
4. 如权利要求3所述的透明离子液体的制备方法，其特征在于，所述碳链长度在1-4的 烷基包括甲基，乙基，丙基，正丁基，异丁基；所述酯基团包括甲酸乙酯基团，乙酸乙酯基团， 丙酸乙酯基团。
5. 如权利要求3或4所述的透明离子液体的制备方法，其特征在于，所述的含溴离子的 离子液体包括溴化1-丙基-3-甲基咪唑、溴化N-丙基吡啶、溴化N，N-甲基丁基哌啶、溴化 N，N-甲基丁基吡咯烷。
6. 如权利要求2所述的透明离子液体的制备方法，其特征在于，步骤a和b所述的惰性 气氛，是氩气，氮气或是两种气体的混合气体。
7. 如权利要求2所述的透明离子液体的制备方法，其特征在于，步骤c中通过旋蒸除去 醇溶剂和乙酸乙酯。
8. 权利要求1所述的透明离子液体在染料敏化太阳能电池中的应用。
9. 如权利要求8所述的透明离子液体在染料敏化太阳能电池中的应用，其特征在于， 所述染料敏化太阳能电池通过以下方法制备：将所述的透明离子液体与四唑的二硫化合 物，高氯酸锂，TBP混合；然后灌注于已组装好的染料敏化太阳能电池上，封装后，即可制得 染料敏化太阳能电池。
10. 如权利要求9所述的透明离子液体在染料敏化太阳能电池中的应用，其特征在于， 所述的透明离子液体与四唑的二硫化合物的摩尔比为10:1?5:1，所述染料敏化太阳能电 池的光阳极的厚度为8?12 ym。
【专利摘要】本发明公开了一种透明离子液体及其在染料敏化太阳能电池中的应用，该透明离子液体包含四唑硫醇负离子，具有较高的透光性，550nm可见光透过率大于95％，同时粘度可调，且导电性好，在10-1-1S/m；其制备方法反应条件温和，操作简单易行，且具有普适性；而且，利用该透明离子液体所制备的染料敏化太阳能电池器件具有较高的能量转化效率。
【IPC分类】H01G9-20, H01G9-035
【公开号】CN104576062
【申请号】CN201410717904
【发明人】邹德春, 吴红伟, 简蓉
【申请人】北京大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月1日