專利名稱：太陽能電池用凝膠狀聚離子液體電解質(zhì)及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能電池用凝膠狀聚離子液體電解質(zhì)及其制備方法，特別適用于 染料敏化納米晶太陽能電池。
背景技術(shù)：
染料敏化太陽能電池用電解質(zhì)存在液態(tài)、固態(tài)兩種形式。其中，液態(tài)電解質(zhì)多以有 機(jī)溶劑作電解質(zhì)溶劑，如乙腈。此類液態(tài)電解質(zhì)存在易揮發(fā)、封裝困難、穩(wěn)定性差等缺 點(diǎn)。近幾年來，出現(xiàn)了一種新型的染料敏化太陽能電池用電解質(zhì)，既離子液體電解質(zhì)。 離子液體是一類低溫熔鹽，在室溫下以液態(tài)形式存在。進(jìn)一步，向由離子液體制備的液 態(tài)電解質(zhì)中加入Si02納米顆粒，可利用他們之間的氫鍵相互作用，使上述離子液體電解質(zhì)形成凝膠態(tài)電解質(zhì)。由上述步驟制備的固態(tài)電解質(zhì)，有不易揮發(fā)、易封裝、性能穩(wěn)定 的特點(diǎn)。但現(xiàn)有電解質(zhì)用離子液體，多用甲基咪唑等有機(jī)雜環(huán)作原料，這些原料多為有 毒試劑，在形成電解質(zhì)后，這類電解質(zhì)與鉑電極的粘附性能不良，且由于其黏度較大， 使電池的填充因子較小。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對上述技術(shù)問題，設(shè)計(jì)了太陽能電池用凝膠狀聚離子液體電解質(zhì)及制備方 法，用于染料敏化納米晶太陽能電池，完善了凝膠狀聚離子液體電解質(zhì)的制備方法，由 該方法可制備效果穩(wěn)定、性能優(yōu)良的固態(tài)電解質(zhì)太陽能電池。本發(fā)明針對上述問題所采用解決方案太陽能電池用凝膠狀聚離子液體電解質(zhì)，其 特征在于它的重量百分比組分為-聚組氨酸酯離子液體 98 96% 碘單質(zhì) 1 2% 碘化鋰 1 2% 全部總和為100%;所述的聚組氨酸酯離子液體單體為[R,NHC00HCH2C3H2NR2NR3]+X—，其中，Rl為苯甲?；駼oc基；R2， R3為烷烴基，X為I—、 SeCN—或SCN—。上述太陽能電池用凝膠狀聚離子液體電解質(zhì)的制備方法,其特征在于包括有以下步驟1) 稱取組氨酸并對其進(jìn)行預(yù)處理，將經(jīng)過預(yù)處理的組氨酸分散在乙腈中，投入碘 乙垸，在50至IO(TC間的溫度充分反應(yīng)；組氨酸ninol;乙腈nX8L ;碘乙垸25n mol;2) 將步驟1所得的混合物過濾，除盡溶劑，再將上述混合物溶于水中，萃取除雜， 最后將水相中的水蒸干，得離子液體產(chǎn)物；3) 將步驟2所得離子液體純化，將經(jīng)純化的離子液體和聚乙烯醇PVA溶于有機(jī)溶 劑中，在100'C 14(TC充分反應(yīng)，將產(chǎn)品純化，得到聚離子液體產(chǎn)物——即聚組氨酸 酯離子液體；離子液體n mol;聚乙烯醇PVA 3n mol;4) 將步驟3所得的聚離子液體溶于有機(jī)溶劑中，投入碘化鋰和碘單質(zhì)，將混合物 攪拌均勻，得到果凍狀凝膠電解質(zhì)——即凝膠狀聚離子液體電解質(zhì)；5) 在染料敏化納米晶膜表面滴加步驟4所得的聚離子液體電解質(zhì)體系，然后在80 'C的烘箱內(nèi)烘烤2 3小時，加上鍍鉑的導(dǎo)電玻璃對電極，持續(xù)烘烤至電極間牢固結(jié)合， 即可組裝成染料敏化納米晶太陽能電池；上述n是自然數(shù)。本發(fā)明的有益效果在于1) 本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種低成本、無毒環(huán)保的系列新型凝膠狀聚離子液體，即新型組 氨酸系列衍生物的導(dǎo)電高分子。2) 本發(fā)明完善了該系列新型聚離子液體及其凝膠狀的制備方法。3) 將上述聚離子液體導(dǎo)電高分子形成凝膠狀電解質(zhì)，并成功將這種凝膠狀聚離子 液體電解質(zhì)應(yīng)用于染料敏化納米晶太陽能電池上。由于選擇用組氨酸和聚乙烯醇PVA為 原料，這種電解質(zhì)具有無毒、環(huán)境友好，且價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)；此外，這種組氨酸衍生物 系列的凝膠電解質(zhì)具有優(yōu)秀的粘結(jié)性能，使鉑電極牢固黏附，提高了電池的填充因子， 并形成穩(wěn)定性好的固態(tài)電解質(zhì)染料敏化納米晶太陽能電池。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合具體的實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明。 電解質(zhì)實(shí)施例以二甲亞砜(DMS0)為溶劑，按下述重量比例制備混合液，攪拌均勻，得聚離子液 體電解質(zhì)。聚組氨酸酯離子液體 97.7% 碘單質(zhì) 1.2%碘化鋰 1. 1%所用的聚組氨酸酯離子液體單體為[RiNHCOOHCHsC^NI^NRj +X—; 其中實(shí)施例1Rl為苯甲?；?R2為乙基 R3為乙基 X為碘離子實(shí)施例2Rl為苯甲?；?R2為丁基 R3為丁基 X為SCN實(shí)施例3Rl為Boc基 R2為丙基 R3為丙基 X為碘離子制備方法的實(shí)施例將經(jīng)過預(yù)處理的18克組氨酸及80ml碘乙垸反應(yīng)物溶于550ml乙腈，并存于1L的圓底燒瓶，通保護(hù)氣，回流，用數(shù)顯攪拌恒溫電熱套加熱在50至IO(TC，充分反應(yīng)。 將上述所得混合物抽濾，將溶劑除盡。冷卻后，向上述混合物中加入去離子水，攪拌均 勻，用二氯甲垸對水相混合物進(jìn)行萃取，將雜質(zhì)除凈后，將水相中的水蒸發(fā)，得純凈離 子液體產(chǎn)物。將上述3克離子液體產(chǎn)物同8.8g聚乙烯醇溶于有機(jī)溶劑中，在100-140'C下充分 反應(yīng)，反應(yīng)得到聚離子液體產(chǎn)物。將聚離子液體溶于有機(jī)溶劑中，使之形成果凍狀凝膠。在0. 5g的聚組氨酸酯離子 液體中投入6.5mg碘單質(zhì)和6.8mg碘化鋰碘化鋰，攪拌均勻，得到凝膠狀聚離子液體電 解質(zhì)。將聚離子液體電解質(zhì)滴加到染料敏化納米晶膜上，水平放置到烘箱中在8(TC的環(huán) 境下持續(xù)烘烤2 3小時，蓋上鍍鉑的對電極，繼續(xù)烘烤2 3小時至電極間牢固結(jié)合。在室溫環(huán)境，使用氙燈模擬太陽光，光強(qiáng)為50.2mW/cm2(光強(qiáng)計(jì)北京師范大學(xué)， 型號FZ-A)條件下，測得凝膠狀聚離子液體電解質(zhì)染料敏化納米晶太陽電池(有效光 照面積為0. 25cm2)的光電轉(zhuǎn)換效率為1. 99%,填充因子為0. 63。
權(quán)利要求
1、太陽能電池用凝膠狀聚離子液體電解質(zhì)，其特征在于它的重量百分比組分為聚組氨酸酯離子液體 98～96％碘單質(zhì) 1～2％碘化鋰 1～2％全部總和為100％；所述的聚組氨酸酯離子液體單體為[R1NHCOOHCH2C3H2NR2NR3]+X-，其中，R1為苯甲?；駼oc基；R2，R3為烷烴基，X為I-、SeCN-或SCN-。
2、權(quán)利要求1所述太陽能電池用凝膠狀聚離子液體電解質(zhì)的制備方法,其特征在于包括 有以下步驟1) 稱取組氨酸并對其進(jìn)行預(yù)處理，將經(jīng)過預(yù)處理的組氨酸分散在乙腈中，投入碘 乙垸，在50至100。C間的溫度充分反應(yīng)；組氨酸n mol;乙腈nX8L;碘乙烷25 n mol;2) 將步驟l所得的混合物過濾，除盡溶劑，再將上述混合物溶于水中，萃取除雜，最后將水相中的水蒸干，得離子液體產(chǎn)物；3) 將步驟2所得離子液體純化，將經(jīng)純化的離子液體和聚乙烯醇PVA溶于有機(jī)溶 劑中，在10(TC 14(TC充分反應(yīng)，將產(chǎn)品純化，得到聚離子液體產(chǎn)物——即聚組氨酸 酯離子液體；離子液體n mol;聚乙烯醇PVA 3n mol;4) 將步驟3所得的聚離子液體溶于有機(jī)溶劑中，投入碘化鋰和碘單質(zhì)，將混合物 攪拌均勻，得到果凍狀凝膠電解質(zhì)——即凝膠狀聚離子液體電解質(zhì)；5) 在染料敏化納米晶膜表面滴加步驟4所得的聚離子液體電解質(zhì)體系，然后在80 'C的烘箱內(nèi)烘烤2 3小時，加上鍍鉑的導(dǎo)電玻璃對電極，持續(xù)烘烤至電極間牢固結(jié)合， 即可組裝成染料敏化納米晶太陽能電池；上述n是自然數(shù)。
全文摘要
太陽能電池用凝膠狀聚離子液體電解質(zhì)，其特征在于它的重量百分比組分為聚組氨酸酯離子液體98～96％，碘單質(zhì)1～2％，碘化鋰1～2％，全部總和為100％；所述的聚組氨酸酯離子液體單體為[R₁NHCOOHCH₂C₃H₂NR₂NR₃]⁺X^-，其中，R1為苯甲?；駼oc基；R2，R3為烷烴基，X為I^-、SeCN^-或SCN^-。這種電解質(zhì)具有無毒、環(huán)境友好，且價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)；此外，這種組氨酸衍生物系列的凝膠電解質(zhì)具有優(yōu)秀的粘結(jié)性能，使鉑電極牢固黏附，提高了電池的填充因子，并形成穩(wěn)定性好的固態(tài)電解質(zhì)染料敏化納米晶太陽能電池。
文檔編號H01G9/20GK101245186SQ200810047059
公開日2008年8月20日 申請日期2008年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月13日
發(fā)明者趙興中, 陳博磊 申請人:武漢大學(xué)