基于三元复合凝胶准固态电解质的染料敏化太阳电池及其制备方法

摘要

本发明公开了一种基于三元复合凝胶准固态电解质的染料敏化太阳电池及其制备方法，方法包括以下步骤：将聚合物、纳米无机化合物和石墨烯共同作为胶凝剂与液态碘基电解质混合得三元复合凝胶准固态电解质，再通过丝网印刷的方法将三元复合凝胶准固态电解质印刷到电池的光阳极和对电极上，最后通过紫外固化胶将印刷了三元复合凝胶准固态电解质的光阳极和对电极组装在一起，即形成三元复合凝胶准固态电解质的染料敏化太阳电池。本方法的制备工艺简单，结合了多种材料的优异性能，电池组装过程简易快捷，可大大缩短组装时间，同时可以有效提高准固态电解质与电极间接触的充分性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于三元复合凝胶准固态电解质的染料敏化太阳电池及其制备方法，属于新能源技术领域。

背景技术

染料敏化太阳电池作为第三代太阳能电池，具有效率高、制备工艺简单、成本低等优点，其电池内部的电子传输是通过电解质的氧化还原反应完成，因此电解质是染料敏化太阳电池得以工作的关键组成成分。

据物理形态可将电解质分为三种，即液态电解质、准固态电解质和固态电解质。其中，液态电解质具有较高的电导率和电子扩散系数，光电转换效率最高，但存在电解液易泄漏，电池封装难度大等缺陷；固态电解质可避免电解质泄漏的情况，由它组装的染料敏化太阳电池易于封装，但其光电转换效率较低；而准固态电解质一方面可以避免液态电解质易泄漏难封装的缺陷，另一方面比固态电解质在电池内具有更充分的接触，其对光和热的稳定性也比液态电解质高。因此，准固态电解质是染料敏化太阳电池电解质体系的最佳选择。

现已报道的准固态电解质制备均采用液态电解质中添加高分子聚合物进行凝胶，或首先制成高分子聚合物薄膜再吸收液态电解质，采用了高分子聚合物较高的热稳定和机械性，但高分子聚合物由于导电性差，在一定程度上会影响电解质的电导率。

目前的准固态电解质均存在一定的效率低、制备工艺复杂、电池封装难度大等缺点。还有，由于准固态电解质具有一定的流动性和黏度，传统的液态电解质灌注方法和固态电解质的组装方法对准固态电解质均不适用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种稳定性高，寿命长，导电率高，电荷传输快，I₃^-的还原可进一步被催化的基于三元复合凝胶准固态电解质的染料敏化太阳电池；进一步地，本发明提供一种可提高光利用率，抑制暗反应和增强离子传输的基于三元复合凝胶准固态电解质的染料敏化太阳电池；更进一步地，本发明提供一种基于三元复合凝胶准固态电解质的染料敏化太阳电池的制备方法，该法可有效提升准固态电解质性能并解决准固态电解质难组装的问题，该法制备工艺简单，结合了多种材料的优异性能，电池组装过程简易快捷，可大大缩短组装时间，同时可以有效提高准固态电解质与电极间接触的充分性，所组装的准固态染料敏化太阳电池稳定性高，寿命长，此方法便于大批量生产，有益于染料敏化太阳电池的产业化。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

基于三元复合凝胶准固态电解质的染料敏化太阳电池，包括以下组分，胶凝剂和液态碘基电解质；所述胶凝剂包括2~10wt%的聚合物、2~10wt%的纳米无机化合物和2~10wt%石墨烯。

所述液态碘基电解质包括低沸点的乙腈/戊腈为溶剂的碘基电解质和高沸点的3-甲氧基丙腈为溶剂的碘基电解质中的一种。

所述聚合物为聚丙烯腈、聚环氧乙烷和聚-偏氟乙烯-六氟丙烯中的一种。

所述纳米无机化合物为TiO₂纳米粒子，粒径大小为10~400nm。

所述石墨烯为三维网状结构。

基于三元复合凝胶准固态电解质的染料敏化太阳电池的制备方法，包括以下步骤：将聚合物、纳米无机化合物和石墨烯共同作为胶凝剂与液态碘基电解质混合得三元复合凝胶准固态电解质，再通过丝网印刷的方法将三元复合凝胶准固态电解质印刷到电池的光阳极和对电极上，最后通过紫外固化胶将印刷了三元复合凝胶准固态电解质的光阳极和对电极组装在一起，即形成三元复合凝胶准固态电解质的染料敏化太阳电池。

所述三元复合凝胶准固态电解质呈浆糊状，其在20℃条件下黏度大于1.5Pa.s。

所述紫外固化胶的点胶厚度高于光阳极、对电极和电解质厚度之和。

本发明提供的一种基于三元复合凝胶准固态电解质的染料敏化太阳电池及其制备方法，采用本发明方法制备准固态染料敏化太阳电池，三元复合凝胶准固态电解质的制备工艺简单，结合了多种材料的优异性能，电池组装过程简易快捷，可大大缩短组装时间，同时可以有效提高准固态电解质与电极间接触的充分性，所组装的准固态染料敏化太阳电池稳定性高，寿命长，此方法便于大批量生产，有益于染料敏化太阳电池的产业化；2~10wt%石墨烯的加入，既可起到电荷传输的作用，又可催化I₃^-的还原；TiO₂纳米粒子的加入，可同时提高电解质的机械性能和电导率，还可提高光利用率，抑制暗反应和增强离子传输。

具体实施方式

下面对本发明作更进一步的说明。

实施例1：

基于三元复合凝胶准固态电解质的染料敏化太阳电池，包括以下组分，胶凝剂和液态碘基电解质；所述胶凝剂包括3wt%的聚合物、3wt%的纳米无机化合物和3wt%石墨烯。

基于三元复合凝胶准固态电解质的染料敏化太阳电池的制备方法，准备已经浸泡过染料的光阳极和对电极；配制三元复合凝胶准固态电解质：向液态碘基电解质中加入聚合物、纳米无机化合物和石墨烯，其中，以高沸点的3-甲氧基丙腈为溶剂的碘基电解质作为液态电解质，聚合物为聚环氧乙烷，聚合物含量为3wt%，纳米无机化合物为TiO₂纳米粒子，粒径大小为10nm，含量为3wt%，石墨烯含量为3wt%，经搅拌混合均匀形成浆糊状；通过丝网印刷机将浆糊状的三元复合凝胶准固态电解质印刷到已经准备好的光阳极和对电极上，印刷完毕，在已印刷了三元复合凝胶准固态电解质的光阳极玻璃边缘点上一圈紫外固化胶，点胶厚度高于光阳极、对电极和电解质厚度之和，然后将对电极压到已点胶的光阳极上，尽力压合保证两片电极上的电解质完全接触，最后在紫外灯下照射固化即完成基于三元复合凝胶准固态电解质的染料敏化太阳电池的制备。

实施例2：

基于三元复合凝胶准固态电解质的染料敏化太阳电池，包括以下组分，胶凝剂和液态碘基电解质；所述胶凝剂包括2wt%的聚合物、5wt%的纳米无机化合物和2wt%石墨烯。

基于三元复合凝胶准固态电解质的染料敏化太阳电池的制备方法，准备已经浸泡过染料的光阳极和对电极；配制三元复合凝胶准固态电解质：向液态碘基电解质中加入聚合物、纳米无机化合物和石墨烯，其中，以低沸点的乙腈/戊腈为溶剂的碘基电解质作为液态电解质，聚合物为聚环氧乙烷，聚合物含量为2wt%，纳米无机化合物为TiO₂纳米粒子，粒径大小为10nm，含量为5wt%，石墨烯含量为2wt%，经搅拌混合均匀形成浆糊状；通过丝网印刷机将浆糊状的三元复合凝胶准固态电解质印刷到已经准备好的光阳极和对电极上，印刷完毕，在已印刷了三元复合凝胶准固态电解质的光阳极玻璃边缘点上一圈紫外固化胶，点胶厚度高于光阳极、对电极和电解质厚度之和，然后将对电极压到已点胶的光阳极上，尽力压合保证两片电极上的电解质完全接触，最后在紫外灯下照射固化即完成基于三元复合凝胶准固态电解质的染料敏化太阳电池的制备。

实施例3：

基于三元复合凝胶准固态电解质的染料敏化太阳电池，包括以下组分，胶凝剂和液态碘基电解质；所述胶凝剂包括2wt%的聚合物、2wt%的纳米无机化合物和2wt%石墨烯。

基于三元复合凝胶准固态电解质的染料敏化太阳电池的制备方法，准备已经浸泡过染料的光阳极和对电极；配制三元复合凝胶准固态电解质：向液态碘基电解质中加入聚合物、纳米无机化合物和石墨烯，其中，以低沸点的乙腈为溶剂的碘基电解质作为液态电解质，聚合物为聚丙烯腈，聚合物含量为2wt%，纳米无机化合物为TiO₂纳米粒子，粒径大小为400nm，含量为2wt%，石墨烯含量为2wt%，为三维网状结构，经搅拌混合均匀形成浆糊状；通过丝网印刷机将浆糊状的三元复合凝胶准固态电解质印刷到已经准备好的光阳极和对电极上，印刷完毕，在已印刷了三元复合凝胶准固态电解质的光阳极玻璃边缘点上一圈紫外固化胶，点胶厚度高于光阳极、对电极和电解质厚度之和，然后将对电极压到已点胶的光阳极上，尽力压合保证两片电极上的电解质完全接触，最后在紫外灯下照射固化即完成基于三元复合凝胶准固态电解质的染料敏化太阳电池的制备。

实施例4：

基于三元复合凝胶准固态电解质的染料敏化太阳电池，包括以下组分，胶凝剂和液态碘基电解质；所述胶凝剂包括10wt%的聚合物、10wt%的纳米无机化合物和10wt%石墨烯。

基于三元复合凝胶准固态电解质的染料敏化太阳电池的制备方法，准备已经浸泡过染料的光阳极和对电极；配制三元复合凝胶准固态电解质：向液态碘基电解质中加入聚合物、纳米无机化合物和石墨烯，其中，以低沸点的戊腈为溶剂的碘基电解质作为液态电解质，聚合物为聚-偏氟乙烯-六氟丙烯，聚合物含量为10wt%，纳米无机化合物为TiO₂纳米粒子，粒径大小为200nm，含量为10wt%，石墨烯含量为10wt%，为三维网状结构，经搅拌混合均匀形成浆糊状；通过丝网印刷机将浆糊状的三元复合凝胶准固态电解质印刷到已经准备好的光阳极和对电极上，印刷完毕，在已印刷了三元复合凝胶准固态电解质的光阳极玻璃边缘点上一圈紫外固化胶，点胶厚度高于光阳极、对电极和电解质厚度之和，然后将对电极压到已点胶的光阳极上，尽力压合保证两片电极上的电解质完全接触，最后在紫外灯下照射固化即完成基于三元复合凝胶准固态电解质的染料敏化太阳电池的制备。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。