高稳定性染料敏化太阳能电池液态电解质及其制备方法

摘要

本发明公开了一种高稳定性染料敏化太阳能电池液态电解质及其制备方法。以环丁砜与3-甲氧基丙腈按体积比为1∶6～6∶0复合作为溶剂，加入浓度为0.3～0.8mol/L的LiI，浓度为0.03～0.07mol/L的I

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，涉及染料敏化太阳能电池液态电解质及 其制备方法。

背景技术

染料敏化太阳能电池作为20世纪兴起的一种新型电化学电池，具有广阔的 发展前景，其主要有三部分组成：即工作电极、对电极以及电解质。电解质为 染料敏化太阳能电池中重要的组成部分之一，主要有液态电解质、准固态电解 质及固态电解质。目前，液态电解质通常采用I-/I3-氧化还原电对、添加剂、有 机溶剂等组成，但此种液体电解质存在溶剂的挥发、泄露、封装困难、电池稳 定性差等一些列问题，解决此类问题成为液态电解质研究的重大难题。研究并 开发新型有机溶剂，制备高稳定性电解质是解决此类问题的有效途径。

环丁砜是一种高极性溶剂，具有优良的化学与热稳定性、较高的介电常数、 在常温下不挥发、能够溶解氧化还原电对、添加剂等有机溶剂，以环丁砜作为 有机溶剂，通过与其他有机溶剂复合配制，能较好地解决电解质溶剂的挥发、 泄露、封装等问题。确保电解质中各个组分的有效工作浓度，达到提高电池稳 定性的目的。

发明内容

针对染料敏化太阳能电池液态电解质存在的缺陷，本发明的目的在于解决 电解质溶剂的挥发、泄漏以及稳定性差等问题，提供一种高稳定性染料敏化太 阳能电池液态电解质，在基于常规液态电解质原料的基础上，引入环丁砜作为 有机溶剂制备液态电解质。

本发明是通过以下技术方案予以实现：

一种高稳定性染料敏化太阳能电池液态电解质，其特征在于由LiI、I₂、4- 叔丁基吡啶、3-甲氧基丙腈和环丁砜组成；

其中：

环丁砜与3-甲氧基丙腈的体积比为1∶6～6∶0；

LiI的浓度为0.3～0.8mol/L；

I₂的浓度为0.03～0.07mol/L；

4-叔丁基吡啶的浓度为0.3～0.8mol/L；

一种如上所述液态电解质的制备方法，其特征在于步骤如下：

a、将环丁砜与3-甲氧基丙腈在30℃条件下按比例混合，经磁力搅拌器搅拌 2h，再放入超声震荡器中处理2h，然后放置陈化3h后得复合有机溶剂；

b、向上述复合溶剂中加入0.3～0.8mol/L的LiI、0.03～0.07mol/L的I₂和 0.3～0.8mol/L的4-叔丁基吡啶；

c、经磁力搅拌器搅拌2h，再放入超声震荡器中处理2h，然后放置陈化3h 后得到高稳定性染料敏化太阳能电池液态电解质。

本发明的有益效果在于：LiI，I₂单质为I^-/I₃^-氧化还原电对供体，以4-叔丁基 吡啶为添加剂，有机溶剂为环丁砜与3-甲氧基丙腈复合溶剂，通过控制环丁砜 与添加剂、氧化还原电对的配比来确保电解质中各组分的有效工作浓度。环丁 砜属于高沸点(285℃)有机溶剂，在常温常压下不挥发，确保了电解质有机溶剂 的稳定性；在电解质中环丁砜与4-叔丁基吡啶、3-甲氧基丙腈形成氢键以及范德 华力的作用，增大对4-叔丁基吡啶、3-甲氧基丙腈分子的束缚力，有利于减少其 挥发。从而确保了氧化还原电对以及添加剂的有效浓度，能较好地改善电池的 稳定性能。

本发明制造的高稳定性染料敏化太阳能电池液态电解质，对有机溶剂、添 加剂具有较高的束缚力，有助于防止电解质的挥发、泄漏等问题。其制备工艺 简单，稳定性高，具有潜在的工业化实用性。

附图说明

本发明共有附图3张，其中：

图1为实施例1电池试样的光电性能曲线；

图2为实施例2电池试样的光电性能曲线；

图3为实施例3电池试样的光电性能曲线。

具体实施方式

实施例1

在30℃条件下，量取体积比为2∶3的环丁砜与3-甲氧基丙腈溶剂制成复合溶 剂，加入0.5mol/L的LiI、0.05mol/L的I₂和0.5mol/L的4-叔丁基吡啶，经磁力搅 拌器搅拌2h，再放入超声震荡器中处理2h，然后放置陈化3h后得到电解质溶液。 将表面镀有Pt的对电极叠放在工作电极(将定量的TiO₂粉体、冰醋酸、曲拉通 X-100等制成TiO₂浆料，于表面镀有致密薄膜的FTO导电玻璃上印刷TiO₂涂层光 阳极-有效面积为0.25cm²，经热处理、染料敏化后得到工作电极)上，错开两电 极，留出约5mm宽的导电部分作为电池测试用。用夹子将两电极固定，利用虹 吸原理在两电极缝隙之间注入上述电解质，得到简易组装电池。采用Solar Simulator SS50(AM1.5，100mW/cm²)、Keithley 2400测试电池光电性能。图1为电 池试样的光电性能曲线，表1为该电池的光电性能参数，表2为组装电池的光电 转换效率随时间变化参数。

表1

实施例2

实验方法与实施例1同，复合溶剂中环丁砜与3-甲氧基丙腈体积比为3∶2， 0.5mol/L的LiI、0.05mol/L的I₂和0.5mol/L的4-叔丁基吡啶，制备电解质试样。 图2为电池试样的光电性能曲线，表3为该电池的光电性能参数，表4为该组 装电池的光电转换效率随时间变化参数。

表3

实施例3

实验方法与实施例1同，复合溶剂中环丁砜与3-甲氧基丙腈体积比为4∶1， 0.5mol/L的LiI、0.05mol/L的I₂和0.5mol/L的4-叔丁基吡啶，制备电解质试样。 图3为电池试样的光电性能曲线，表5为该电池的光电性能参数，表6为该组 装电池的光电转换效率随时间变化参数。

表5

以上为本发明的实施例，染料敏化太阳能电池使用本领域中技术人员公知 的方法制备。以表面镀有Pt的FTO导电玻璃为对电极，经染料敏化的TiO₂多孔电 极为工作电极，与本发明制备的电解质组装成电池进行测试。