專利名稱：染料敏化納米薄膜太陽電池用電解質(zhì)溶液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化學電解質(zhì)溶液領(lǐng)域，特別是涉及一種太陽電池用電解質(zhì)溶液。
(1)A組分有機溶劑或混合有機溶劑；作為電解質(zhì)溶液中的有機溶劑，可以使用醇類(如甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇等常溫下呈液態(tài)的醇及其衍生物)；酯類(如甲酸甲酯、乙酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸乙酯、γ-丁內(nèi)酯、δ-己內(nèi)酯、碳酸丙烯酯等常溫下呈液態(tài)的酯及其衍生物)；酰胺類(如N-甲基甲酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、N-乙基甲酰胺等常溫下呈液態(tài)的酰胺及其衍生物)；醚類(如甲醚、乙醚、四氫呋喃、乙二醇二甲醚等常溫下呈液態(tài)的醚及其衍生物)；腈類(如乙腈、丙腈、異丙腈、丁腈、異丁腈、丙二腈、丁二腈、甲氧基丙腈等常溫下呈液態(tài)的腈類及其衍生物)；常溫下呈液態(tài)的砜、亞砜及其衍生物；低粘度的高分子化合物(如聚酯、聚醚、硅油等常溫下呈液態(tài)的低粘度的高聚物)。
上述有機溶劑可以單獨使用，也可以以任意比例混合使用，而且以混合使用效果更好。
混合有機溶劑可以是常溫下呈液態(tài)的有機溶劑的混合物，也可以是常溫下呈液態(tài)的有機溶劑和常溫下呈固態(tài)的上述有機化合物的混合物。
(2)B組分電化學可逆性好的I2/I-(或I3-/I-)氧化還原電對；作為電解質(zhì)溶液中的I2/I-(即I3-/I-)氧化還原電對，碘和碘化物的物質(zhì)的量之比是任意的，可根據(jù)使用情況和太陽光強等因素來確定其比例。
作為電解質(zhì)溶液中的碘化物，可以是金屬碘化物(如NaI、KI、LiI、RbI、MgI2、CaI2、BaI2、A1I3、CrI3、SnI4等金屬碘化物)、有機陽離子及其衍生物的碘化物(如各種有機銨離子及其衍生物的碘化物，各種有機季銨離子及其衍生物的碘化物，各種有機雜環(huán)離子如咪唑、取代咪唑、吡啶、取代吡啶、噻唑、取代噻唑等及其衍生物的碘化物)。
上述金屬碘化物、有機陽離子及其衍生物的碘化物可以單獨使用，也可以以任意比例混合使用，而且以混合使用效果更好，可方便地控制染料敏化納米薄膜太陽電池的光電流、光電壓、填充因子和輸出功率。
(3)C組分光陽極的配合劑(或螯合劑)；作為電解質(zhì)溶液中的光陽極配合劑，可以是各種一元或多元雜環(huán)化合物(主要是O、N、S等雜環(huán))及其衍生物，多元醇、多元硫醇、多元胺、多元羧酸、EDTA及其衍生物，其中以吡啶和取代吡啶及其衍生物、二聯(lián)吡啶及其衍生物、三聯(lián)吡啶及其衍生物、鄰菲羅啉及其衍生物(其中呈固態(tài)的可配成溶液)直接處理光陽極或作為電解質(zhì)溶液中的組分而制得的染料敏化納米薄膜太陽電池的性能最好，是很好的暗電流抑制劑。
上述光陽極配合劑可以單獨使用，也可以以任意比例混合使用。
吡啶和取代吡啶及其衍生物、聯(lián)吡啶及其衍生物、鄰菲羅啉及其衍生物可以提高太陽電池的光電轉(zhuǎn)化效率，比不使用該配合劑的太陽電池高11％。
(4)D組分碘化物中陽離子的配合劑(或螯合劑)；
作為電解質(zhì)溶液中的碘化物陽離子配合劑，可以是各種一元或多元雜環(huán)化合物(主要是O、N、S等雜環(huán))及其衍生物，多元醇、多元硫醇、多元胺、多元羧酸、EDTA及其衍生物，其中以吡啶和取代吡啶及其衍生物、二聯(lián)吡啶及其衍生物、三聯(lián)吡啶及其衍生物、鄰菲羅啉及其衍生物、冠醚(雜原子可以是O、N、S的任意組合)及其衍生物、穴醚(雜原子可以是O、N、S的任意組合)及其衍生物作為電解質(zhì)溶液中的組分而制得的染料敏化納米薄膜太陽電池的性能較好，碘離子的還原活性強。
上述碘化物中陽離子配合劑可以單獨使用，也可以以任意比例混合使用。
冠醚及其衍生物、穴醚及其衍生物可以提高堿金屬碘化物的溶解度可高達二十倍以上，溶液的電導(dǎo)率可高達十倍以上。
(5)E組分I2的配合劑(或螯合劑)；作為電解質(zhì)溶液中的I2的配合劑，可以是各種一元或多元雜環(huán)化合物(主要是O、N、S等雜環(huán))及其衍生物，多元醇、多元硫醇、多元胺、多元羧酸、EDTA及其衍生物，其中以吡啶和取代吡啶及其衍生物、二聯(lián)吡啶及其衍生物、三聯(lián)吡啶及其衍生物、鄰菲羅啉及其衍生物、冠醚(雜原子可以是O、N、S的任意組合)及其衍生物、穴醚(雜原子可以是O、N、S的任意組合)作為電解質(zhì)溶液中的組分而制得的染料敏化納米薄膜太陽電池的性能較好，是很好的暗電流抑制劑。
上述I2的配合劑可以單獨使用，也可以以任意比例混合使用。
吡啶和取代吡啶及其衍生物、聯(lián)吡啶及其衍生物、冠醚及其衍生物、穴醚及其衍生物可以提高太陽電池的光電轉(zhuǎn)化效率，比不使用該配合劑的太陽電池高14％。
(6)F組分離子液體；作為電解質(zhì)溶液中的組分——離子液體，可以是各種離子液體，其中以咪唑類離子液體為最好，可提高電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率，從而可減少染料敏化納米薄膜太陽電池的歐姆降。
上述離子液體可以單獨使用，也可以以任意比例混合使用。
(7)G組分紫外吸收劑作為電解質(zhì)溶液中的紫外吸收劑，主要吸收波長為200-400nm紫外光，可以使用水楊酸酯類、二苯甲酮類、苯并三唑類、苯并咪唑類、苯并噻唑類、鎳螯合物類、受阻胺類等紫外吸收劑，其中以苯并咪唑類為最好，制得的染料敏化納米薄膜太陽電池的耐紫外光性能佳。
上述紫外吸收劑可以單獨使用，也可以以任意比例混合使用，以與太陽光匹配。
本發(fā)明的電解質(zhì)溶液可作為染料敏化納米薄膜太陽電池的電解質(zhì)溶液應(yīng)用，也可作為其他種類太陽電池及非太陽電池中的電解質(zhì)溶液。
本發(fā)明的電解質(zhì)溶液具有較高的電導(dǎo)率、較低的粘度、良好的電化學可逆性、良好的低溫穩(wěn)定性、較強的耐紫外線性能，能提高太陽電池效率，增加太陽電池壽命，本身性能穩(wěn)定，對環(huán)境無污染。
熟悉本領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)的專業(yè)人員可從上述配方和使用方法中能夠很好地理解本發(fā)明的以上和其它目的及優(yōu)點。
具體實施例方式
1、配方一每dm3溶液中，各組分含量為B組分碘化鋰0.1mol·dm-33-乙基-1-甲基咪唑碘0.6mol·dm-3碘0.08mol·dm-3C組分4-叔丁基吡啶0.5mol·dm-3D組分0E組分4-叔丁基吡啶0.5mol·dm-3F組分0G組分0其余的溶液體積均為A組分3-甲氧基丙腈2、配方二每dm3溶液中，各組分含量為A組分0B組分碘化鋰0.2mol·dm-33-乙基-1-甲基咪唑碘0.8mol·dm-3碘0.1mol·dm-3C組分4-叔丁基吡啶0.5mol·dm-3D組分0E組分0G組分0其余的溶液體積均為F組分3-乙基-1-甲基咪唑三氟甲磺酰胺3、配方三每dm3溶液中，各組分含量為B組分碘化鋰3mol·dm-3碘0.4mol·dm-3C組分4-叔丁基吡啶0.5mol·dm-3D組分12-冠-42.8mol·dm-3E組分18-冠-60.4mol·dm-3F組分3-乙基-1-甲基咪唑三氟甲磺酰胺0.1mol·dm-3G組分苯并咪唑0.3mol·dm-3。其余的溶液體積均為A組分體積比為1∶1的戊腈與乙腈
權(quán)利要求
1.染料敏化納米薄膜太陽電池用電解質(zhì)溶液，其特征在于可以是B組分和A組分和混合溶液，或者B組分和F組分的混合溶液，或者B組分和A組分、F組分的混合溶液；B組分為電化學可逆性好的I2/I-即I3-/I-氧化還原電對，A組分為有機溶劑或混合有機溶劑，F(xiàn)組分為離子液體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的染料敏化納米薄膜太陽電池用電解質(zhì)溶液，其特征在于溶液中添加C組分——光陽極的配合劑；或D組分——碘化物中陽離子的配合劑；或E組分——I2的配合劑；或G組分——紫外吸收劑或上述組分的復(fù)配混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的染料敏化納米薄膜太陽電池用電解質(zhì)溶液，其特征在于A組分，其中的有機溶劑，可以是下列物質(zhì)其中之一，或者其混合物，如常溫下呈液態(tài)的醇及其衍生物；常溫下呈液態(tài)的酯及其衍生物；常溫下呈液態(tài)的醚及其衍生物；常溫下呈液態(tài)的腈類及其衍生物；常溫下呈液態(tài)的砜、亞砜及其衍生物；常溫下呈液態(tài)的低粘度的高聚物；B組分，其中的碘化物，可以是下列物質(zhì)其中之一，或者其混合物，如金屬碘化物、有機陽離子及其衍生物的碘化物；F組分，其中的離子液體，可以是各種離子液體，但以咪唑類離子液體為較佳，它們可以單獨使用，也可以混合使用。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的染料敏化納米薄膜太陽電池用電解質(zhì)溶液，其特征在于C組分，其中的光陽極配合劑，可以是各種一元或多元雜環(huán)化合物——主要是O、N、S雜環(huán)及其衍生物，多元醇、多元硫醇、多元胺、多元羧酸、EDTA及其衍生物，如吡啶和取代吡啶及其衍生物、二聯(lián)吡啶及其衍生物、三聯(lián)吡啶及其衍生物、鄰菲羅啉及其衍生物，它們可直接處理光陽極，也可作為電解質(zhì)溶液中的組分，可以單獨使用，也可以混合使用；D組分，其中的碘化物陽離子配合劑，可以是各種一元或多元雜環(huán)化合物--主要是O、N、S雜環(huán)及其衍生物，多元醇、多元硫醇、多元胺、多元羧酸、EDTA及其衍生物，如吡啶和取代吡啶及其衍生物、二聯(lián)吡啶及其衍生物、三聯(lián)吡啶及其衍生物、鄰菲羅啉及其衍生物、冠醚及其衍生物、穴醚及其衍生物其中之一或者其混合物；E組分，其中的I2的配合劑，可以是各種一元或多元雜環(huán)化合物--主要是O、N、S雜環(huán)及其衍生物，多元醇、多元硫醇、多元胺、多元羧酸、EDTA及其衍生物，其中以吡啶和取代吡啶及其衍生物、二聯(lián)吡啶及其衍生物、三聯(lián)吡啶及其衍生物、鄰菲羅啉及其衍生物、冠醚及其衍生物、穴醚及其衍生物其中之一或者其混合物；G組分，其中的紫外吸收劑，可以是水楊酸酯類、二苯甲酮類、苯并三唑類、苯并咪唑類、苯并噻唑類、鎳螯合物類、受阻胺類其中之一或者其混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的染料敏化納米薄膜太陽電池用電解質(zhì)溶液，其特征在于A組分常溫下呈液態(tài)的腈類及其衍生物可以是戊腈、丁腈、異丁腈、丙腈、乙腈、3-甲氧基丙腈、體積比為1∶1的戊腈與乙腈。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的染料敏化納米薄膜太陽電池用電解質(zhì)溶液，其特征在于B組分其中的碘化物，可以是碘化鋰、碘化鈉、碘化鉀、碘化鎂、3-己基-1-甲基咪唑碘、3-乙基-1-甲基咪唑碘，質(zhì)量比1∶6的碘化鋰與3-丙基-1-甲基咪唑碘。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的染料敏化納米薄膜太陽電池用電解質(zhì)溶液，其特征在于F組分是3-乙基-1-甲基咪唑三氟甲磺酰胺。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的染料敏化納米薄膜太陽電池用電解質(zhì)溶液，其特征在于C組分可以是冠醚、4-叔丁基吡啶、鄰菲羅啉、吡啶和取代吡啶及其衍生物、聯(lián)吡啶及其衍生物、鄰菲羅啉及其衍生物。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的染料敏化納米薄膜太陽電池用電解質(zhì)溶液，其特征在于D組分可以是4-叔丁基吡啶、鄰菲羅啉、冠醚及其衍生物、穴醚及其衍生物。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的染料敏化納米薄膜太陽電池用電解質(zhì)溶液，其特征在于G組分可以是苯并咪唑，E組分是吡啶和取代吡啶及其衍生物、聯(lián)吡啶及其衍生物、冠醚及其衍生物、穴醚及其衍生物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種染料敏化納米薄膜太陽電池用電解質(zhì)溶液，以A、B或B、F或A、B、F為主體組分，通過復(fù)配或不復(fù)配其它四個組分中的一個或幾個組分組成電解質(zhì)溶液，其中A組分—有機溶劑或混合有機溶劑；B組分—電化學可逆性好的I
文檔編號H01B1/00GK1444290SQ02157280
公開日2003年9月24日 申請日期2002年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月25日
發(fā)明者戴松元, 王孔嘉, 徐軼達, 史成武, 潘旭 申請人:中國科學院等離子體物理研究所