聚合物電解質及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電解質，尤其涉及一種聚合物電解質，本發(fā)明還涉及一種聚合物 電解質的制備方法及其應用。
【背景技術】
[0002] 雖然基于液態(tài)電解質的染料敏化納米晶太陽能電池取得了較高的光電轉換效率， 但是液態(tài)電解質易泄露、揮發(fā)，致使組裝而成的電池密封困難，且在長期實際應用中性能下 降，使用壽命縮短。經大量實際研究可知：為了解決液體電解質存在的問題，可以用固體電 解質替代液體電解質或采用凝膠電解質，從而發(fā)展固態(tài)或準固態(tài)太陽能電池。
[0003] 以高分子聚合物為基體的準固態(tài)電解質在材料的選擇、設計及合成上具有靈活 性，并且制備工藝相對比較簡單，其組裝而成的染料敏化納米晶太陽能電池可獲得較高的 光電轉換效率。但是聚合物電解質離子電導率低、離子擴散系數小以及與工作電極間接觸 性差，致使采用聚合物電解質的染料敏化納米晶太陽能電池的光電轉換效率低于基于液態(tài) 電解質的染料敏化納米晶太陽能電池。
[0004] 短路電流的提商有助于提商染料敏化納米晶太陽能電池的光電轉換效率，因此， 目前已通過向聚合物電解質中添加助劑實現了短路電流的提高。
[0005] 例如，專利號為ZL201210057963. 6的中國發(fā)明專利《太陽能電池改性聚合物電 解質及制備方法和應用》（授權公告號為CN102543451B)公開了一種太陽能電池改性聚合 物電解質，包括聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯混合物、二氧化硅納米粒子、氧化還原電 對、酰胺及有機溶劑。因該發(fā)明中的酰胺的氧原子易與電解質中的K+發(fā)生反應，有利于電 子的傳輸，從而提高了聚合物電解質的短路電流，最終可提高電池效率。但是該發(fā)明的聚合 物電解質中添加了酰胺后，其短路電流提高的程度有限，不能大幅度地提高電池的光電轉 換效率。
[0006] 又如專利號為ZL201210058165. 5的中國發(fā)明專利《染料敏化納米晶太陽能電池 準固態(tài)電解質及其制備方法和應用》（授權公告號為CN102543447B)公開的準固態(tài)電解 質包括：聚氧乙烯和聚四氟乙烯偏六氟丙烯混合物、二氧化硅納米粒子、氧化還原電對、雙 (三氟甲基磺酰亞胺）鋰及有機溶劑。其中雙（三氟甲基磺酰亞胺）鋰起著增塑劑的作 用，有利于提高準固態(tài)電解質的離子電導率，最終促進染料敏化納米晶太陽能電池效率的 提高。但是該增塑劑對短路電流提高的程度有限，同樣不能大幅度地提高電池的光電轉換 效率。

【發(fā)明內容】

[0007] 本發(fā)明所要解決的技術問題是針對上述的技術現狀而提供一種能同時提高染料 敏化納米晶太陽能電池的短路電流和開路電壓的聚合物電解質。
[0008] 本發(fā)明所要解決的又一個技術問題是提供一種聚合物電解質的制備方法。
[0009] 本發(fā)明所要解決的又一個技術問題是提供一種聚合物電解質的應用。
[0010] 本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種聚合物電解質，包括混合物 A、有機溶劑B、摩爾比為1:5~1:10的I2/KI氧化還原電對、增塑劑以及交聯劑；
[0011] 所述混合物A包括重量比為1:4~4:1的聚氧乙烯和偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物， 所述混合物A的總重量為有機溶劑B重量的2%~10% ;
[0012] 所述有機溶劑B包括體積比為1:8~8:1的碳酸丙烯酯和乙二醇二甲醚；
[0013] 所述Ι2/ΚΙ氧化還原電對中的K與聚氧乙烯中的0滿足，Κ/0摩爾比為0. 6~0. 8 ;
[0014] 所述增塑劑的重量為混合物A總重量的10 %~30% ;
[0015] 所述交聯劑的重量為混合物A總重量的25 %~125%，所述交聯劑為濃度為 0. 05g/ml~0. 10g/ml的硫脲的非質子溶劑溶液。
[0016] 優(yōu)選的，所述非質子溶劑為4-叔丁基吡啶、二甲基亞砜、二甲基甲酰胺、二惡烷、 六甲基磷酰胺與四氫呋喃中的一種或多種。
[0017] 作為改進，上述技術方案的聚合物電解質還包括無水乙醇，所述增塑劑與無水乙 醇的配比為〇· 02g/ml~0· lg/ml。
[0018] 優(yōu)選的，所述增塑劑為二氧化硅納米粒子。在聚合物電解質中，二氧化硅納米粒子 起著固體增塑劑的作用，能有效提高聚合物電解質的離子電導率。
[0019] 一種聚合物電解質的制備方法，包括如下步驟：
[0020] ①按重量比1:4~4:1稱取聚氧乙烯和偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物，混合組成混 合物A，按體積比1:8~8:1量取碳酸丙烯酯和乙二醇二甲醚，混合組成有機溶劑B，將混合 物A加入至有機溶劑B中，混合物A的總重量為有機溶劑B重量的2%~10%，60°C~100°C 下水浴，直至完全溶解，加入增塑劑，所述增塑劑的重量為混合物A總重量的10%~30%， 得到高分子納米混合液；
[0021] ②向步驟①所得的高分子納米混合液中加入摩爾比為1:5~1:10的I2/KI氧化還 原電對，得到聚合物電解質基體，所述Ι 2/ΚΙ氧化還原電對中的K與聚氧乙烯中的0滿足， Κ/0摩爾比為0. 6~0. 8 ;
[0022] ③在不斷攪拌的同時，向步驟②得到的聚合物電解質基體中加入交聯劑，持續(xù)攪 拌至混合均勻，得到基于交聯劑的聚合物電解質，所述交聯劑的重量為混合物A總重量的 25%~125 (%，所述交聯劑為濃度為0.058/1111~0.1(^/1111的硫脲的非質子溶劑溶液。
[0023] 所述步驟①中，所述增塑劑先溶于無水乙醇中，再加入至混合物A與有機溶劑B的 混合液中，所述增塑劑與無水乙醇的配比為〇. 〇2g/ml~0. lg/ml。
[0024] 所述非質子溶劑為4-叔丁基吡陡、二甲基亞砜、二甲基甲酰胺、二惡烷、六甲基磷 酰胺與四氫呋喃中的一種或多種。
[0025] 優(yōu)選的，所述增塑劑為二氧化硅納米粒子。
[0026] 上述技術方案的聚合物電解質可以具體應用在染料敏化納米晶太陽能電池中。
[0027] 與現有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：聚合物電解質中添加了交聯劑之后，氧化還 原電對1 2/13_可以與交聯劑通過配位反應形成大離子基團，這種大離子基團更有利于離子 運輸。另外，增塑劑與交聯劑的協同作用能有效提高電解質離子電導率，從而提高染料敏化 納米晶太陽能電池的短路電路，并且與光陽極二氧化鈦配位形成保護層，降低暗反應反應 比例，提商開路電壓，最終提商電池的光電轉換效率。
[0028] 此外，本發(fā)明中的交聯劑為硫脲的非質子溶劑溶液，由于硫脲可以與碘離子形成 配位作用以提高離子運輸能力，并且諸如4-叔丁基吡啶的非質子溶劑與二氧化鈦中的鈦 離子形成配位作用，從而降低暗反應比例，提高開路電壓，進而提高電池的轉換效率。
【具體實施方式】
[0029] 以下結合實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0030] 實施例1
[0031] 按重量比為2:3稱取0. 2g的聚氧乙烯（PEO)/偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物 (P(VDF-HFP))在80°C混合于6g體積比為7:3的碳酸丙烯酯（PC)和乙二醇二甲醚（DME)的 有機溶劑中，持續(xù)攪拌至溶解完全，然后加入〇. 〇2g Si02m米顆粒和無水乙醇，SiO 2納米粒 子與無水乙醇溶液按照如下比例配比：〇. 02g/ml~0. lg/ml，繼續(xù)加熱攪拌使其混合均勻， 得到高分子納米混合液。二氧化硅納米粒子作為高分子的固體增塑劑，二氧化硅納米粒子 用無水乙醇溶解并加入到混合物中。
[0032] 向高分子納米混合液中加入0. 057g 12與0. 25g KI構成氧化還原電對，得到聚合 物電解質基體，12與1(1的摩爾比為I2:KI = l:7，K與PE0中的0滿足：K/0摩爾比為0.8， 常溫下攪拌4~8小時至共混均勻。
[0033] 在攪拌的同時向聚合物電解質基體中加入0. 05g濃度為0. 05g/ml硫脲的4-叔丁 基吡啶溶液，持續(xù)攪拌12~24小時。將經過交聯劑改性的準固態(tài)電解質體系滴加到染料 敏化納米晶膜上，水平放置到烘箱中在70°C的環(huán)境下持續(xù)烘烤1~3小時，蓋上鉬對電極。
[0034] 在室溫環(huán)境，使用氣燈模擬太陽光，光強為95. 53mW. cm 2 (光強：使用娃光電二極 管標定）條件下，測得染料敏化納米晶太陽能電池（有效光照面積為0.16cm2)的短路電 流為12. 83mA. cnT2,比對比實施例1的未添加交聯劑的準固態(tài)電解質太陽能電池短路電 流（12. 46mA. cnT2)提高了 0. 37mA. cnT2;其開路電壓為638. 2mV，比對比實施例1的未經添 加交聯劑的準固態(tài)電解質太陽能開路電壓（601. 6mV)提高了 36. 6mV;其光電轉換效率為 4. 63%，比對比實施例1的未經添加交聯劑的準固