色素敏化太阳能电池元件的制作方法_4

文档序号:8947562阅读:来源:国知局
醇使反应停止。通过利用0.IN的盐酸水溶液清洗所得反应混合物, 进行催化剂残渣的脱灰处理,进一步利用离子交换水清洗,然后将有机层在50°C进行12小 时减压干燥,得到了无色透明的油状物质9. 9g。利用GPC测定的所得油状物质的数均分子 量(Mn)为1500、分子量分布为1.28(聚苯乙烯换算)。另外,对该物质进行了1H-NMR测定, 结果确认到,该油状物质含有环氧丙烷单元86. 4摩尔%及环氧氯丙烷单元13. 6摩尔%。由 上可以鉴定,所得油状物质在聚合起始末端具有溴甲基,在聚合终止末端具有羟基,是由环 氧丙烷单元和环氧氯丙烷单元构成的低聚物(平均来说是由21个环氧丙烷单元和3个环 氧氯丙烷单元构成的24聚体)。
[0130] (制造例B)
[0131] (共聚物中的环氧氯丙烷单元的基于1-甲基咪唑的季儒
[0132] 向内部经过了氩气置换的带搅拌机的玻璃反应器中添加在制造例A中得到的低 聚物9.Og和1-甲基咪唑8. 0g,在100°C反应48小时。反应结束后,将反应液冷却至室温 以使反应停止。将所得反应物于50°C进行120小时减压干燥,由此得到了黄褐色的粘性液 态物质10. 9g。针对该粘性液态物质进行了 1H-NMR测定及元素分析,结果鉴定出,其是起始 原料的低聚物中的全部环氧氯丙烷单元中的氯基被置换成了氯化1-甲基咪唑偷基、全部 聚合起始末端的溴甲基的溴基被置换成了溴化1-甲基咪唑纖;基的聚醚化合物。
[0133](制造例C)
[0134](具有氯化1-甲基咪唑儀基的聚醚化合物的基于碘化钾的阴离子交换)
[0135] 向带搅拌机的玻璃反应器中添加制造例B中得到的聚醚化合物5. 6g、碘化钾 4. 0g、甲醇10ml、及蒸馏水10ml,将全部内容物于室温(25°C)搅拌了 30分钟。反应结束 后,使反应液在50°C减压干燥1小时,得到了固液混合物。使得到的固液混合物溶解在乙 醇中后进行过滤,除去不溶物即无机盐。通过对得到的滤液在50°C进行12小时减压干燥, 得到黄褐色的粘性液态物质6. 3g。针对得到的粘性液态物质,进行了1H-NMR测定及元素 分析,结果鉴定出,其是起始原料即聚醚化合物的重复单元中的氯化1-甲基咪唑?:基的氯 化物离子和聚合起始末端的溴化1-甲基咪唑儘基的溴化物离子全部被交换成碘化物离子 的、具有碘化物离子作为抗衡阴离子的含咪唑儒结构的聚醚化合物。
[0136] 将该化合物作为聚醚化合物1。
[0137](实施例1)
[0138](电解质溶液的制备)
[0139] 称量0.52g聚醚化合物1,将其溶解在Iml的y- 丁内酯中,制备了聚醚化合物1 的浓度为〇. 30mol/L的电解质溶液。
[0140](氧化钛半导体多孔膜的形成)
[0141] 作为带透明导电膜的透明基体,使用了带ITO膜的聚萘二甲酸乙二醇酯膜 (IT0-PEN、薄层电阻15Q/ □、基板厚度=200ym),在其表面涂布低温制膜氧化钛糊料,于 150°C烧制涂膜,形成低温制膜氧化钛膜(平均膜厚5. 5ym),由此制作了氧化钛半导体多 孔膜。
[0142](色素的负载)
[0143] 作为色素,使用了双(4-羧基-4'-四丁基铵羧基-2, 2'-联吡啶)二异硫氰酸酯 韦了络合物(立山化成公司制造、N719dye)。将加热至40°C的上述带氧化钛半导体多孔膜的 透明基体在遮光下、在色素浓度0. 3mmol/L的乙腈/乙醇/叔丁醇(2:1:1的体积比)混合 溶液中边缓慢地振荡边浸渍90分钟。然后,利用脱水乙腈清洗除去多余的色素,然后风干, 制备了太阳能电池的阳极电极。
[0144](对电极)
[0145] 将水5g、乙醇lg、及超速成长法碳纳米管(利用超速成长法得到的单壁碳纳米管, 即按照国际公开第2006/011655号小册子中公开的方法得到的单壁碳纳米管,其平均直径 (Av)及直径的标准偏差(〇 )满足0? 60 > 3 〇/Av> 0? 20。以下,简称为"SGCNT") 0? 0025g 加入玻璃制的容器中,利用超声波进行2小时的分散处理,得到了碳纳米管的水性分散液。 然后,在FTO-玻璃(薄层电阻10fi/ □)的FTO膜表面涂布上述水性分散液、并使其厚度 达到22. 9ym,然后在气温22°C、湿度60 %的气体氛围中干燥2小时,制备了形成有由碳纳 米管形成的催化剂层的阴极电极(对电极)。
[0146](色素敏化太阳能电池元件的组装)
[0147] 使负载有色素的氧化钛半导体多孔膜侧朝上地水平设置上述制作的阳极电极,在 其上载置作为间隔件的膜厚25ym的聚四氟乙烯制树脂片。然后,将如上所述地制备的电 解质溶液轻轻地滴加至负载有色素的氧化钛半导体多孔膜上。然后,载置阴极电极、使其催 化剂层侧与电解质溶液对置,从而制作了太阳能电池元件。
[0148](试验1)
[0149](色素敏化太阳能电池元件的光电转换特性的测定)
[0150] 针对实施例及比较例中制作的色素敏化太阳能电池元件,于25°C、在150W氙 灯光源处安装AMI. 5G的滤光片,并装配带有IOmm见方窗口的光照面积规定用掩模, 在此基础上照射调节了光源的照射强度的模拟光使其达到光量100000勒克斯(使用 SourceMeter(Keithley公司制造、2400 型SourceMeter),光强 100mW/cm2)的条件,同时评 价了转换效率。
[0151] 光电转换效率的值越大,表示作为色素敏化太阳能电池元件的性能越理想。结果 如表1所示。
[0152](实施例2)
[0153](电解质溶液的制备)
[0154] 将0.52g聚醚化合物1、以及0.00762g碘溶解在Iml的y-丁内酯中,制备了聚醚 化合物1的浓度为0. 30mol/L的电解质溶液。需要说明的是,该溶液的碘浓度为0. 03mol/ L0
[0155] 除使用该电解质溶液制作了色素敏化太阳能电池元件之外,与实施例1同样地进 行,评价了光电转换效率。结果如表1所示。
[0156](实施例3)
[0157](对电极)
[0158] 除了用市售的单壁碳纳米管[HiPco(注册商标)!NanoIntegrisInc?公司 制造;平均直径Av为I.Inm、直径的标准偏差0为0? 067nm,30/Av=0? 18 ;简称为 "CNT"]0. 0025g代替0. 0025g的SGCNT之外,与实施例1同样地进行,评价了光电转换效率。 结果如表1所示。
[0159](实施例4)
[0160][电解质(聚醚化合物2)的合成]
[0161](制造例D)
[0162](共聚物中的环氧氯丙烷单元的基于吡啶的季鐵)
[0163] 向内部经过了氩气置换的带搅拌机的玻璃反应器中添加制造例A得到的低聚物 4.Og、以及吡啶8.Og,加热至100°C,在相同温度下反应48小时。反应结束后,使反应液冷 却至室温(25°C)以停止反应。将所得反应物于50°C进行120小时减压干燥,由此得到了 4. 6g的黄褐色的粘性液态物质。针对该粘性液态物质,进行了1H-NMR测定及元素分析,结 果鉴定出,其是起始原料的低聚物中的全部环氧氯丙烷单元中的氯基被置换成了氯化吡啶 纖:基、全部聚合起始末端的溴甲基的溴基被置换成了溴化吡啶:德.基的聚醚化合物。
[0164](制造例E)
[0165](具有氯化吡啶:纖:基的聚醚化合物的基于碘化钾的阴离子交换)
[0166]向带搅拌机的玻璃反应器中添加制造例D中得到的聚醚化合物4.Og、碘化钾 3. 0g、甲醇10ml、及蒸馏水10ml,于室温(25°C)反应30分钟。反应结束后,将反应混合物 在50°C减压干燥1小时,得到了固液混合物。使其溶解在乙醇中进行过滤,除去了作为不 溶物的无机盐。通过使得到的滤液在50°C减压干燥12小时,得到4. 5g黄褐色的粘性液态 物质。针对得到的粘性液态物质,进行了1H-NMR测定及元素分析,结果鉴定出,其是起始原 料即聚醚化合物的重复单元中的氯化吡啶儀基的氯化物离子和聚合起始末端的溴化吡啶 懷基的溴化物离子全部被交换成碘化物离子的、具有碘化物离子作为抗衡阴离子的含吡 啶鑛结构的聚醚化合物。将该化合物作为聚醚化合物2。
[0167](电解质溶液的制备)
[0168] 除了用0. 52g聚醚化合物2代替0. 52g聚醚化合物1之外,与实施例1同样地进 行,评价了光电转换效率。结果如表1所示。
[0169](实施例5)
[0170][电解质(聚醚化合物3)的合成]
[0171](制造例F)
[0172](环氧丙烷和环氧氯丙烷的活性阴离子共聚)
[0173] 向内部经过了氩气置换的带搅拌机的玻璃反应器中添加3. 22g的TBAB和50ml甲 苯,并将其冷却至〇°C。向其中添加将三乙基铝1.370g(相对于TBAB为1.2当量)溶解在 甲苯IOml中得到的溶液,反应15分钟,从而制备了催化剂组合物。向得到的催化剂组合物 中添加环氧丙烷6.Og及环氧氯丙烷4. 0g,于0°C进行了聚合反应。聚合反应开始后,溶液 的粘度缓慢升高。反应12小时后,向聚合反应液中注入少量的异丙醇以使反应停止。通过 利用0.IN的盐酸水溶液清洗所得聚合反应液,进行催化剂残渣的脱灰处理,进一步利用离 子交换水进行了清洗。通过对得到的有机层在50°C进行12小时减压干燥,得到了无色透 明的油状物质9. 9g。另外,利用GPC测定的所得油状物质的数均分子量(Mn)为1400、分子 量分布为1. 36 (聚苯乙烯换算)。进一步针对得到的油状物质进行了 1H-NMR测定,结果确 认到,该油状物质是含有环氧丙烷单元70. 5摩尔%及环氧氯丙烷单元29. 5摩尔%的物质。 由上可以鉴定,所得油状物质在聚合起始末端具有溴甲基,在聚合终止末端具有羟基,是由 环氧丙烷单元和环氧氯丙烷单元构成的低聚物(平均来说是由15个环氧丙烷单元和6个 环氧氯
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