用于染料敏化太阳能电池的原位聚合的聚合物固态电解质及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于染料敏化太阳能电池的原位聚合的聚合物固态电解质及其制备方法，包括预聚物和液态电解质；液体电解质包括碘盐和碘与有机溶剂，碘盐的I‑摩尔浓度为0.1‑1摩尔/升，碘的I3‑的摩尔浓度为0.01‑0.1摩尔/升；预聚物由异氰酸酯与二元或多元醇经逐步加成聚合反应而制得；预聚物与液态电解质的质量比为1：1～10。聚氨酯是典型的缩聚产物，其液态的预聚体在染料敏化太阳能电池中可原位聚合，形成聚合物固态电解质。该固态电解质的预聚物溶液与TiO2电极接触良好，电池转换效率高，同时又可解决电池的封装和电解质易泄露的问题。

Polymer solid electrolyte for in-situ polymerization of dye-sensitized solar cells and preparation method thereof

The invention discloses a polymer solid-state electrolyte for in-situ polymerization of dye-sensitized solar cells and a preparation method thereof, including a prepolymer and a liquid electrolyte; the liquid electrolyte comprises iodized salt and iodine and organic solvents; the molar concentration of iodized salt is 0.1_1 mol/L, and the molar concentration of iodine is 0.01_0.1 mol/L. Prepolymer is prepared by the addition polymerization of isocyanate with binary or polyols. The mass ratio of prepolymer to liquid electrolyte is 1:1-10. Polyurethane is a typical polycondensation product. Its liquid prepolymer can be in-situ polymerized in dye-sensitized solar cells to form polymer solid-state electrolytes. The prepolymer solution of the solid-state electrolyte has good contact with the titanium dioxide electrode, high cell conversion efficiency, and can solve the problems of battery packaging and electrolyte leakage.

【技术实现步骤摘要】
用于染料敏化太阳能电池的原位聚合的聚合物固态电解质及其制备方法
本专利技术涉及一种用于染料敏化太阳能电池的固态电解质，尤其涉及一种用于染料敏化太阳能电池的原位聚合的聚合物固态电解质及其制备方法。
技术介绍
1991年M小组开发了新型的染料敏化纳米晶太阳能电池，简称DSSC，为太阳能电池的发展开辟了新的道路(“Alow-cost,high-efficiencysolarcellbasedondye-sensitizedcolloidalTiO2films”.BrainO’ReganandMichaelNature,1991,353:737-740.基于染料敏化的胶体TiO2膜的低成本、高效率的太阳能电池，《自然》杂志，1991)。染料敏化太阳能电池由于制作方法简单、成本低廉、转换效率较高而成为传统硅太阳能电池的有力竞争者，引起了广泛的关注和研究,并取得了不错的进展。但是通常使用的液态电解质存在稳定性差、封装困难、容易泄漏挥发以及电池寿命短等问题,降低了DSSC的实用性，阻碍了DSSC的产业化。为解决以上问题，稳定性较高的凝胶电解质或固态电解质发展起来，特别是固态电解质，更是电池发展的主要方向。在由聚合物电解质制备固态染料敏化太阳能电池时有两种方法，⑴可以通过注入液态预聚体电解质到两电极之间，而后预聚体发生反应，同时部分有机溶剂挥发，即原位固化；⑵先制备聚合物固态电解质，用两电极把其压在中间而形成固态染料敏化太阳能电池。由第二种方法组装DSSC时，由于聚合物电解质很难与TiO2膜的密切接触，因此电池的光电转化效率较低，在1％左右(100mW/cm2)。专利技术内容本专利技术的目的是提供一种用于染料敏化太阳能电池的原位聚合的聚合物固态电解质及其制备方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：本专利技术的用于染料敏化太阳能电池的原位聚合的聚合物固态电解质，包括预聚物和液态电解质；所述液体电解质包括碘盐和碘与有机溶剂，碘盐的I-摩尔浓度为0.1-1摩尔/升，碘的I3-的摩尔浓度为0.01-0.1摩尔/升；所述预聚物由异氰酸酯与二元或多元醇经逐步加成聚合反应而制得；所述预聚物与液态电解质的质量比为1：1～10。上述的用于染料敏化太阳能电池的原位聚合的聚合物固态电解质的制备方法，按下述步骤进行：A、将碘化钾和碘用有机溶剂溶解，使碘化钾的I-摩尔浓度为0.1-1摩尔/升和碘的I3-的摩尔浓度为0.01-0.1摩尔/升，其有机溶剂为1，4-丁内酯、N-甲基吡咯烷酮、乙烯碳酸酯、丙烯碳酸酯、乙腈、碳酸二甲酯或碳酸二乙酯的一种或两种或两种以上的组合并混合均匀，得到液体电解质；B、将所使用的多元醇在110℃～120℃，真空压力为0.13KPa下，脱水2h左右，降温到40℃～50℃时，加入配制好的液态电解质，搅拌混合均匀以后，滴加计量好的多异氰酸酯，继续搅拌混合均匀，预聚体与液体电解质的重量比为1：1～10；C、将在5×10-4mol·L-1联吡啶钌染料RuL2(NCS)2:2TBA的无水乙醇溶液中浸泡12小时的纳米晶多孔TiO2薄膜电极取出，吹干，将预聚体溶液涂覆在TiO2膜上，在通风装置中保持一定温度反应一段时间后，再将铂修饰的对电极与TiO2电极对齐，用夹子把电池夹住，即得固态染料敏化太阳能电池。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例提供的用于染料敏化太阳能电池的原位聚合的聚合物固态电解质及其制备方法，聚氨酯是典型的缩聚产物，其液态的预聚体在染料敏化太阳能电池中可原位聚合，形成聚合物固态电解质。该固态电解质的预聚物溶液与TiO2电极接触良好，电池转换效率高，同时又可解决电池的封装和电解质易泄露的问题。具体实施方式下面将对本专利技术实施例作进一步地详细描述。本专利技术实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本专利技术的用于染料敏化太阳能电池的原位聚合的聚合物固态电解质及其制备方法，其较佳的具体实施方式是：用于染料敏化太阳能电池的原位聚合的聚合物固态电解质包括预聚物和液态电解质；所述液体电解质包括碘盐和碘与有机溶剂，碘盐的I-摩尔浓度为0.1-1摩尔/升，碘的I3-的摩尔浓度为0.01-0.1摩尔/升；所述预聚物由异氰酸酯与二元或多元醇经逐步加成聚合反应而制得；所述预聚物与液态电解质的质量比为1：1～10。所述的有机溶剂为1，4-丁内酯、N-甲基吡咯烷酮、乙烯碳酸酯、丙烯碳酸酯、乙腈、碳酸二甲酯或碳酸二乙酯中的一种或两种或两种以上的组合。所述的二元或多元醇为聚醚多元醇、聚酯多元醇、烷羟基硅油、羟基聚醚硅油、含端羟基咪唑类聚离子液体中的一种或两种。上述的用于染料敏化太阳能电池的原位聚合的聚合物固态电解质的制备方法，按下述步骤进行：A、将碘化钾和碘用有机溶剂溶解，使碘化钾的I-摩尔浓度为0.1-1摩尔/升和碘的I3-的摩尔浓度为0.01-0.1摩尔/升，其有机溶剂为1，4-丁内酯、N-甲基吡咯烷酮、乙烯碳酸酯、丙烯碳酸酯、乙腈、碳酸二甲酯或碳酸二乙酯的一种或两种或两种以上的组合并混合均匀，得到液体电解质；B、将所使用的多元醇在110℃～120℃，真空压力为0.13KPa下，脱水2h左右，降温到40℃～50℃时，加入配制好的液态电解质，搅拌混合均匀以后，滴加计量好的多异氰酸酯，继续搅拌混合均匀，预聚体与液体电解质的重量比为1：1～10；C、将在5×10-4mol·L-1联吡啶钌染料RuL2(NCS)2:2TBA的无水乙醇溶液中浸泡12小时的纳米晶多孔TiO2薄膜电极取出，吹干，将预聚体溶液涂覆在TiO2膜上，在通风装置中保持一定温度反应一段时间后，再将铂修饰的对电极与TiO2电极对齐，用夹子把电池夹住，即得固态染料敏化太阳能电池。本专利技术的用于染料敏化太阳能电池的原位聚合的聚合物固态电解质及其制备方法，聚氨酯是典型的缩聚产物，其液态的预聚体在染料敏化太阳能电池中可原位聚合，形成聚合物固态电解质。该固态电解质的预聚物溶液与TiO2电极接触良好，电池转换效率高，同时又可解决电池的封装和电解质易泄露的问题，在染料敏化太阳能电池领域将具有很好的应用前景。原位固化由于预聚体(或低聚物)电解质呈液体状态，溶液的粘度较低，分子较小，可以完全渗透到TiO2膜的内部，然后在一定条件下进行反应，可以保证电解质与TiO2膜密切接触。因此通过原位聚合组装的固态DSSC光电转化效率可以提高到3.5％以上(100mW/cm2)。本专利技术的用于染料敏化太阳能电池的原位聚合的聚合物固态电解质与TiO2电极面的接触良好，转换效率较高，又解决电池的封装和电解质易泄露的问题的用于染料敏化太阳能电池的聚合物固态电解质，从而提高染料敏化太阳能电池的稳定性、安全性奠定基础。本专利技术的用于染料敏化太阳能电池的原位聚合的聚合物固态电解质，由液体电解质和低聚物形成预聚体，涂覆到TiO2电极上，在通风装置中一定温度下反应一段时间后，将铂修饰的对电极与TiO2电极对齐，用夹子把电池夹住，即得固态染料敏化太阳能电池。本专利技术通过将液态的聚合物预聚体直接涂覆到TiO2电极上，在通风装置中70－90℃条件下预聚物继续发生反应，形成固态电解质。本专利技术有效解决了染料敏化电池领域中聚合物固态电解质与TiO2膜的密切接触问题，提高了基于固态电解质的DSSC的光电转化效率。将上述制备本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于染料敏化太阳能电池的原位聚合的聚合物固态电解质，其特征在于，包括预聚物和液态电解质；所述液体电解质包括碘盐和碘与有机溶剂，碘盐的I‑摩尔浓度为0.1‑1摩尔/升，碘的I3‑的摩尔浓度为0.01‑0.1摩尔/升；所述预聚物由异氰酸酯与二元或多元醇经逐步加成聚合反应而制得；所述预聚物与液态电解质的质量比为1：1～10。

【技术特征摘要】
1.一种用于染料敏化太阳能电池的原位聚合的聚合物固态电解质，其特征在于，包括预聚物和液态电解质；所述液体电解质包括碘盐和碘与有机溶剂，碘盐的I-摩尔浓度为0.1-1摩尔/升，碘的I3-的摩尔浓度为0.01-0.1摩尔/升；所述预聚物由异氰酸酯与二元或多元醇经逐步加成聚合反应而制得；所述预聚物与液态电解质的质量比为1：1～10。2.根据权利要求1所述的用于染料敏化太阳能电池的原位聚合的聚合物固态电解质，其特征在于，所述的有机溶剂为1，4-丁内酯、N-甲基吡咯烷酮、乙烯碳酸酯、丙烯碳酸酯、乙腈、碳酸二甲酯或碳酸二乙酯中的一种或两种或两种以上的组合。3.根据权利要求1所述的用于染料敏化太阳能电池的原位聚合的聚合物固态电解质，其特征在于，所述的二元或多元醇为聚醚多元醇、聚酯多元醇、烷羟基硅油、羟基聚醚硅油、含端羟基咪唑类聚离子液体中的一种或两种。4.一种权利要求1、2或3所述的用于染料敏化太阳能电池的原位聚合的聚合物固态电解质的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴玉华，赵彤，韩刚，梁慧蕾，
申请(专利权)人：北京石油化工学院，
类型：发明
国别省市：北京,11