基于氧化钛凝胶电解质的染料敏化太阳能电池及制备方法技术

本发明专利技术公开了基于氧化钛凝胶电解质的染料敏化太阳能电池及制备方法。本发明专利技术提供的基于氧化钛凝胶电解质的染料敏化太阳能电池，电解质为氧化钛凝胶电解质，它由氧化钛前驱体溶胶，离子液体，碘，碘化物，改性剂和有机溶剂组成。制备电解质的方法如下：氧化钛前驱体溶胶利用钛金属化合物通过水解或醇解制备而成；将离子液体，有机溶剂，碘，碘化物以及改性剂均匀混合制备混合液体；上述混合液体与氧化钛前驱体溶胶均匀混合后，经过加热真空处理或超声加热处理去除易挥发组分。本发明专利技术成本低、方法简单，易于控制，制备的准固态或固态电解质组分分布均匀，性能优越，所得染料敏化太阳能电池的稳定性和光电性能较高，适合于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于化学和化工
，具体涉及基于氧化钛凝胶电解质的染料敏 化太阳能电池及制备方法。
技术介绍
染料敏化太阳能电池由于其低廉的成本、光电转换效率高、稳定以及制作工 艺简单而受到人们的广泛关注。其主要结构包括透明导电基片与多孔纳米晶半导体薄膜、捕获光子的光敏剂、电解质以及对电极四部分。其中电解质位于光阳极 和对电极之间，它承担了染料再生和空穴输运的作用。目前报道的效率最高的11%的器件就是采用液态电解质，但液态电解质存 在以下缺点① 由于大部分的敏化剂为有机物，液态电解质的存在易导致染料脱附；② 有机溶剂易于挥发，可能与敏化染料作用导致染料降解；③ 液态电池的密封工艺复杂，密封剂可能与电解质反应，长期放置可能造 成电解液泄漏；④ 光生电荷在光阳极的迁移靠扩散控制，由扩散控制的载流子迁移速率很 慢，在高强度光照时光电流变得不稳定；⑤ 离子迁移的不可逆性也不能完全排除，因为除了氧化还原循环之外的其 它反应不可能完全避免。离子反向迁移导致光生电荷复合机会增加，降低光电 转换率；◎电池形状设计受到限制。液态电解质的这些缺陷使人们转而寻找新的空 穴传输材料来代替液态电解质，因而准固态和固态空穴传输材料得到了发展。为解决上述问题， 一种有效的方法是用离子液体胶凝电解质代替液体电解 质，离子液体胶凝化既具有液体电解质的离子扩散速度快，电导率高的特点，还 具有低挥发性和温度稳定性能提高染料敏化太阳能电池的长期稳定性，并且能够 解决电池封装等使用问题。氧化钛凝胶电解质工艺简单，容易制备，不需要较高的温度处理。其具有很好的稳定性，离子扩散速度快，离子电导率高，并有很好的胶凝性。这种凝胶所 制成的复合凝胶具有力学的触变性，在外力作用下电解质易于浸润到半导体膜的 微孔中，并能通过粘着力和黏附力能牢固将半导体膜与对电极粘附在一起，便于 电池的组装和封装，适宜于工业化生产凝胶电解质准固态染料敏化太阳能电池。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决目前染料敏化太阳能电池用液态电解质封装困难以 及稳定性能较差性的问题，而提供基于氧化钛凝胶电解质的燃料敏化太阳能电池 及制备方法。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。本专利技术提供一种基于氧化钛凝胶电解质的染料敏化太阳能电池，它由透明导 电基片与多孔纳米晶半导体薄膜、捕获光子的光敏剂、电解质以及对电极四部分 组成；其中，电解质为氧化钛凝胶电解质，它由氧化钛的前驱体溶胶、离子液体、 有机溶剂、碘、碘化物和改性剂组成；所述离子液体与有机溶剂以体积比为任意 比构成混合溶剂；所述碘相对混合溶剂的浓度为0.01-lmol/L;所述碘化物相对 混合溶剂的浓度为0.01-lmol/L;所述改性剂相对混合溶剂的浓度为0. l-5mol/L; 所述氧化钛前驱体溶胶与碘、碘化物、改性剂以及混合溶剂所构成的溶液的体积 比为任意比。所述的氧化钛前驱体溶胶是通过如下一种化合物水解或醇解制备而成钛酸四丁酯，钛酸异丙酯，四氯化钛，乙醇钛，硫酸氧钛。所述的离子液体为如下一种或几种任意比例的混合物有机烷基咪唑型离子 液体，季铵盐离子液体，垸基吡啶离子液体，哌啶型离子液体，吡咯烷型离子液 体的低熔点有机熔盐。所述的碘化物为如下一种或几种任意比例可溶性碘盐的化合物碘化锂、碘 化钠、碘化钾、碘化铵和碘化铝。所述的改性剂为如下一种化合物N-甲基苯并咪唑、2-甲基吡啶、3-甲基吡 啶、3-乙基吡啶、2-丙基吡啶、3-丁基吡啶、4-叔丁基吡啶、2-戊基吡啶、2,4,6-三甲基吡啶、2,3，5-三甲基吡啶、2，4-二甲基吡啶、2，6-二甲基吡啶、3,5-二甲基吡 啶、六氢吡啶、喹啉、异喹啉、乙胺，二乙胺、三乙胺、三甲胺、苯胺、二苯胺、二丁胺、乙酰胺，咪唑或取代咪唑。所述的有机溶剂为如下一种或几种任意比例的混合物室温下呈液态的醇 类、腈类、酮类、砜类、醚类、酯类有机化合物。本专利技术还提供制备基于氧化钛凝胶电解质的染料敏化太阳能电池的方法，其 中，氧化钛前驱体溶胶是利用钛金属化合物通过水解或醇解制备而成;离子液体，有机溶剂，碘，碘化物以及改性剂均匀混合制备混合液体；该混合液体与氧化钛 前驱体溶胶均匀混合后，经过加热真空处理或超声加热处理去除易挥发组分；具 体制备步骤如下(1) 采用钛金属化合物通过水解或醇解制备稳定的氧化钛前驱体溶胶；(2) 将碘，碘化物，改性剂放入到离子液体与有机溶剂以体积比为任意 比所组成的混合溶剂中搅拌，超声处理混合均匀。(3) 将步骤(2)中所得混合溶液与步骤(l)中所得氧化钛前驱体溶胶以体 积任意比混合，通过搅拌，超声处理均匀混合；(4) 将步骤(3)中制备的混合液体通过加热真空处理，直至去除可挥发的 组分，获得粘稠的或固态的氧化钛凝胶电解质；(5) 通过丝网印刷法、刮刀刮涂法、滚涂法或旋转涂布法，将步骤(4) 中所得氧化钛凝胶电解质涂覆在预先制备的染料敏化太阳能电池的工作电极的 表面上，然后盖上对电极，组装电池，即得到基于氧化钛凝胶电解质的染料敏化 太阳能电池。有益效果本专利技术结合离子液体与氧化钛前驱体溶胶的各自特点，具有以下优点1. 采用基于氧化钛凝胶电解质能有效的提高染料敏化太阳能电池的稳定性；2. 采用基于氧化钛凝胶凝胶电解质的染料敏化太阳能电池的装备工艺简 单，易于封装；3. 采用基于氧化钛凝胶电解质的染料敏化太阳能电池能有效提高电池的光 电性能；4. 本专利技术方法通过加热真空处理能有效去除可挥发组分。附图说明图1为本专利技术基于氧化钛凝胶电解质的染料敏化太阳能电池的组装过程示 意图1中，l-导电玻璃，2-羧酸多吡啶钌染料敏化的纳米晶半导体，3-氧化钛 凝胶电解质，4-铂片，5-滚涂电解质薄膜所采用的玻璃棒；图2为实施例1制备的基于氧化钛凝胶凝胶电解质的染料敏化太阳能电池的 光电压与光电流工作曲线；图3为实施例2制备的基于氧化钛凝胶凝胶电解质的染料敏化太阳能电池的 光电压与光电流工作曲线；图4为实施例3制备的基于氧化钛凝胶凝胶电解质的染料敏化太阳能电池的 光电压与光电流工作曲线；图5为实施例4制备的基于氧化钕凝胶凝胶电解质的染料敏化太阳能电池的 光电压与光电流工作曲线；图6为实施例5制备的基于氧化钛凝胶凝胶电解质的染料敏化太阳能电池的 光电压与光电流工作曲线；图7为实施例6制备的基于氧化钛凝胶凝胶电解质的染料敏化太阳能电池的 光电压与光电流工作曲线；图8为实施例7制备的基于氧化钛凝胶凝胶电解质的染料敏化太阳能电池的 光电压与光电流工作曲线；图9为实施例8制备的基于氧化钛凝胶凝胶电解质的染料敏化太阳能电池的 光电压与光电流工作曲线；图10为实施例9制备的基于氧化钛凝胶凝胶电解质的染料敏化太阳能电池的光电压与光电流工作曲线；图11为实施例io制备的基于氧化钛凝胶凝胶电解质的染料敏化太阳能电池的光电压与光电流工作曲线。具体实施例方式实施例1(1)将50 ml去离子水与30 ml冰醋酸均匀混合，缓慢滴加10 ml钛酸四丁酯，搅拌4小时，后加热50。C，继续搅拌4小时，得氧化钛前驱体的澄清溶胶；(2) 配制含有0.5mol/L的碘，0.1 mol/L的碘化锂，0.45 mol/L的N-甲基苯 并咪唑的l-甲基-3-丙基咪唑碘盐与3-甲氧基丙腈的体积比为1:1均匀混合液体;(3) 将步骤(1)得到溶胶与步骤(2)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于氧化钛凝胶电解质的染料敏化太阳能电池，它由透明导电基片与多孔纳米晶半导体薄膜、捕获光子的光敏剂、电解质以及对电极四部分组成；其特征在于：电解质为氧化钛凝胶电解质，它由氧化钛的前驱体溶胶、离子液体、有机溶剂、碘、碘化物和改性剂组成；所述离子液体与有机溶剂以体积比为任意比构成混合溶剂；所述碘相对混合溶剂的浓度为０．０１－１ｍｏｌ／Ｌ；所述碘化物相对混合溶剂的浓度为０．０１－１ｍｏｌ／Ｌ；所述改性剂相对混合溶剂的浓度为０．１－５ｍｏｌ／Ｌ；所述氧化钛前驱体溶胶与碘、碘化物、改性剂以及混合溶剂所构成的溶液的体积比为任意比；。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：韦天新，金立国，翟锦，刘建军，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]