本发明专利技术涉及一类磷酸酯类化合物在染料敏化太阳能电池中作为电解质溶剂的应用。此类磷酸酯类化合物的化学结构通式为：其中：Ｒ↓［１］Ｒ↓［２］为Ｈ、Ｃ↓［１－１２］的烷基、氰基或氰基取代的Ｃ↓［１－１２］的烷基；Ｒ↓［３］为Ｃ↓［１－１２］的烷基或氰基取代的Ｃ↓［１－１２］的烷基；ｎ＝０－１２。此类化合物在染料敏化太阳能电池上的应用方法为溶解电解质形成电解质溶液，组装成电池后，测试其性能。本发明专利技术提供的电解质溶剂其沸点高，适用的温度范围宽，不易挥发，进而增加电池寿命；它们还具有较低的粘度，能满足无机盐在其中的溶解和离解；对光、热、化学试剂等十分稳定，并且原料廉价、合成简单，有利于电池生产和实际应用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术是属于有机物在光电转化技术中的应用领域，具体涉及一类磷酸酯类化合物在染料敏化太阳能电池中作为电解质溶剂的应用。
技术介绍
1991年瑞士的M.Grtzel教授首次提出染料敏化纳米晶太阳能电池。其结构是在导电玻璃基底上烧结一层纳米多孔TiO2膜，并在上面吸附一层光敏染料作为光阳极，阴极由镀Pt的导电玻璃组成，I3-/I-氧化还原对存在于阴阳极中间作为电解液或者利用固体电解质来替代I3-/I-氧化还原对。这类电池由于制备工艺简单、较低制作成本低、优良的光电转化效率(现在已经能达到10％以上)等优点，成为一类具有应用前景的光电转换装置。目前用作这种电池电解质主要分为三大类：第一类是将有机或无机碘化物溶于乙腈、乙醇等有机溶剂中形成液体电解液(M.Grtzel，Nature 353(1991)737)；第二类是在上述液体电解质中加入凝胶剂，形成凝胶准固态电解质(W.Kubo，Chem.Lett.(1998)1241)；第三类是用空穴传输材料或聚合物做电解质，即固体电解质(M.Grtzel，Nature 395(1998)583)。第二类和第三类由于导电率较低，和电极的接触较差，所以电池的整体效率低。用于第一类电解质的有机溶剂常见的有：腈类(如乙腈、甲氧基丙腈等)(M.Grtzel，Advanced Materials 19(8)(2007)1133-1137)、酯类(碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和γ-丁内酯等)(M.Grtzel，Chemistry--A European Journal 9(16)(2003)3756-3763)。这些有机溶剂由于沸点低，蒸汽压低，容易挥发，导致电池寿命降低，限制了它们的应用。为了进一步提高这类电池的寿命，近年来品种多样的有机溶剂在此基础上有了发展，具有很好的商业前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服传统有机溶剂的沸点低、易挥发等缺点，从而提供一种高沸点的磷酸酯衍生物代替传统有机溶剂，形成一种不易挥发的电解质来稳定电池效率，延长电池寿命。本专利技术是通过如下技术方案实现的：此类磷酸酯类化合物具有如下结构：其中：R1R2为H、C1-12的烷基、氰基或氰基取代的C1-12的烷基；R3为C1-12的烷基或氰基取代的C1-12的烷基；n＝0-12。此类磷酸酯衍生物制备方法简单，如：a：三氯氧磷和醇反应，直接生成目标化合物。-->磷酸酯类电解质溶剂在染料敏化太阳能电池上的应用方法如下：(1)、电解质溶液的配制将磷酸酯类化合物放入容器中，再加入浓度为0.01-5mol/L的碘盐(咪唑衍生物碘盐、季铵碘盐、金属碘化物)、I2和0.01-5mol/L的添加剂，使碘盐与碘离子的摩尔比为1∶0.001-0.5，在20-150℃加热搅拌或在室温下用超声震荡使他们混合均匀；(2)、染料敏化太阳能电池的制备电池的制备首先是先对导电玻璃进行预处理，然后将二氧化钛浆料涂敷在处理好的导电玻璃上，高温处理后浸入染料中吸附14-24小时形成电池的工作电极，通过密封胶将配制好的电解质溶液封装在工作电极和镀铂的对电极之间制备成染料敏化太阳能电池；(3)、电池性能的测试电池性能的测试是通过从电池的工作电极和对电极分别引出导线，接到电池性能测试装置上，电池的工作面积通过一个孔面积为0.159cm2的隔板确定，用太阳光模拟器(16S-002，Solar Light Co.Ltd.，USA)模拟太阳光，将光强度调节至100mW/cm2，测得的电池放电曲线。光电转化效率为0.57％-4.37％，短路电流为6.58-12.1毫安每平方厘米，开路电压为273-761毫伏，填充因子0.28-0.66。(详见如下实施例)所用的碘盐是选自咪唑衍生物碘盐、季铵碘盐或金属碘化物的1-3类混合物。所用的咪唑衍生物碘盐是选自1，2二甲基-3-丙基咪唑碘盐、1-甲基-3-丁基咪唑碘盐、1-甲基-3-丙基咪唑碘盐、1-甲基-3-乙基咪唑碘盐或1-甲基-3-甲基咪唑碘盐中的1-5种混合物。所用的季铵碘盐，选自四丁基碘化铵、四丙基碘化铵、四乙基碘化铵或四甲基碘化铵的1-4种混合物。所用的金属碘化物是选自liI、NaI、KI、AlI3、ZnI2、CuI或CuI2中的1-7种混合物。所用的添加剂是选自所述的添加剂选自4-叔丁基吡啶，冠醚，N-甲基苯并咪唑，N-丁基苯并咪唑的1-4种混合物。磷酸酯类化合物对电极是惰性的，不参与电极反应，具有较宽的电化学窗口，不易导致染料的脱附和降解，其凝固点低，沸点高，适用的温度范围宽，不易挥发，进而增加电池寿命。此外，它们也具有较低的粘度，能满足无机盐在其中的溶解和离解。对光、热、化学试剂等十分稳定，并且原料廉价、合成简单，是液体电解质中一种低成本长寿命的电解质溶剂。具体实施方式 实施例1电解质溶液的配制：用如图所示结构化合物做电解质溶剂，添加电解质0.01M 1，2二甲基-3-丙基咪唑碘盐，0.01M LiI，0.04M I2。室温下在超声中震荡使其混合均匀。电池的制备：然后将二氧化钛浆料涂敷在处理好的导电玻璃上，高温处理后浸入染料中吸附14-24小时形成电池的工作电极。通过密封胶将配置好的电解质溶液封装在工作电极和镀铂的对电极之间制备成染料敏化太阳能电池。电池性能测试：从电池的工作电极和对电极分别引出导线，接到电池性能测试装置上，电池的工作面积通过一个孔面积为0.159cm2的隔板确定，用太阳光模拟器(16S-002，SolarLight Co.Ltd.，USA)模拟太阳光，将光强度调节至100mW/cm2，测得的电池性能：光电转化效率为2.29％，短路电流为8.31毫安每平方厘米，开路电压为674毫伏，填充因子0.40。--> 实施例2电解质溶液的配制：用如图所示结构化合物做电解质溶剂，添加电解质0.01M 1-甲基-3-丁基咪唑碘盐，0.01M NaI，1M I2，5M 4-叔丁基吡啶。50℃下在搅拌使其混合均匀。电池的制备：然后将二氧化钛浆料涂敷在处理好的导电玻璃上，高温处理后浸入染料N3中吸附14-24小时形成电池的工作电极。通过密封胶将配置好的电解质溶液封装在工作电极和镀铂的对电极之间制备成染料敏化太阳能电池。电池性能测试：从电池的工作电极和对电极分别引出导线，接到电池性能测试装置上，电池的工作面积通过一个孔面积为0.159cm2的隔板确定，用太阳光模拟器(16S-002，SolarLight Co.Ltd.，USA)模拟太阳光，将光强度调节至100mW/cm2，测得的电池性能：光电转化效率为2.12％，短路电流为8.5毫安每平方厘米，开路电压为663毫伏，填充因子0.37。 实施例3电解质溶液的配制：用如图所示结构化合物做电解质溶剂，添加电解质0.01M 1-甲基-3-丙基咪唑碘盐，0.01M kI，0.2M I2，5M冠醚。室温下在搅拌使其混合均匀。电池的制备：然后将二氧化钛浆料涂敷在处理好的导电玻璃上，高温处理后浸入染料N719中吸附14-24小时形成电池的工作电极。通过密封胶将配置好的本文档来自技高网...
【技术保护点】
用于染料敏化太阳能电池的磷酸酯类电解质溶剂，其特征在于作为电解质溶剂的磷酸酯类化合物的化学结构通式为：＊＊＊其中：Ｒ↓［１］Ｒ↓［２］为Ｈ、Ｃ↓［１－１２］的烷基、氰基或氰基取代的Ｃ↓［１－１２］的烷基；Ｒ↓［３］为Ｃ↓［１ －１２］的烷基或氰基取代的Ｃ↓［１－１２］的烷基；ｎ＝０－１２。
【技术特征摘要】
1.用于染料敏化太阳能电池的磷酸酯类电解质溶剂，其特征在于作为电解质溶剂的磷酸酯类化合物的化学结构通式为：其中：R1R2为H、C1-12的烷基、氰基或氰基取代的C1-12的烷基；R3为C1-12的烷基或氰基取代的C1-12的烷基；n＝0-12。2.按照权利要求1所述磷酸酯类电解质溶剂在染料敏化太阳能电池上的用途，其特征在于用于染料敏化太阳能电池应用方法是：(1)、电解质溶液的配制将磷酸酯类化合物放入容器中，再加入浓度为0.01-5mol/L的碘盐(咪唑衍生物碘盐、季铵碘盐、金属碘化物)、I2和0.01-5mol/L的添加剂，使碘盐与碘离子的摩尔比为1∶0.001-0.5，在20-150℃加热搅拌或在室温下用超声震荡使他们混合均匀；(2)、染料敏化太阳能电池的制备电池的制备首先是先对导电玻璃进行预处理，然后将二氧化钛浆料涂敷在处理好的导电玻璃上，高温处理后浸入染料中吸附14-24小时形成电池的工作电极，通过密封胶将配制好的电解质溶液封装在工作电极和镀铂的对电极之间制备成染料敏化太阳能电池；(3)、电池性能的测试电池性能的测试是通过从电池的工作电极和对电极分别引出导线，接到电池性能测试装置上，电池的工作面积通过一个孔面积为0.159cm2的隔板确定，用太阳光模拟器(16S-002，Solar Light Co.Ltd.，USA)模拟太阳光，...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨希川，李林，孙立成，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]
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