本发明专利技术提供一种电解质溶液及其在染料敏化太阳能电池中的应用，该电解质溶液包含的氧化还原电对的通式为：ｎＡ＋（［Ａ－Ａ］↑［２＋］Ｂ↓［２］）＋ｍＭ＋ｘ（Ｃ↑［＋］Ｄ↑［－］）＋ｙＩＳ＋ｚＧ；其中，Ａ、［Ａ－Ａ］↑［２＋］Ｂ↓［２］分别表示氧化还原电对中的还原型和氧化型物种；Ｍ表示有机溶剂，Ｃ↑［＋］Ｄ↑［－］表示离子液体，ＩＳ表示无机盐，Ｇ表示电解质中的添加剂；ｎ为氧化还原电对中Ａ与［Ａ－Ａ］↑［２＋］Ｂ↓［２］的摩尔比，ｍ、ｘ、ｙ和ｚ分别表示有机溶剂、离子液体、无机盐和添加剂与［Ａ－Ａ］↑［２＋］Ｂ↓［２］的摩尔比。本发明专利技术还提供了上述含氧化还原电对的电解质溶液在制备染料敏化太阳能电池的应用。本发明专利技术还提供了包括上述含氧化还原电对的电解质溶液的染料敏化太阳能电池。本发明专利技术的氧化还原电对性能优良、无腐蚀性，且在碳电极上还表现出很好的电子转移特性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及染料敏化太阳能电池制造领域。具体地，本专利技术涉及含有氧化还原电对(1， 1， 3， 3-四曱基硫脲及其二硫化物)的电 解质溶液，及其在染料敏化太阳能电池中的应用。
技术介绍
自1991年瑞士联邦工学院Gratzel教授提出染料敏化太阳能电池 (DSCs)后，此类电池在国际上受到了广泛关注。DSCs电池具有原 材料价格便宜、制作工艺简单和电池效率相对较高的优势，是一类有 发展前景的低成本、环境污染小、性能优异的新型太阳能电池 (O，Regan， B.; Gr針zel, M. 7Va似re 1991， 353， 737—740 )。 DSCs电池由 纳晶Ti02光阳极、电解质和对电极三部分构成，其中电解质的主要 作用是将空穴传输给对电极和还原氧化态染料分子。目前，高效率的 DSCs电池都是基于含有1371—氧化还原电对的液体电解质实现的，这 主要是由于13—/r电对在电池中具有较理想的动力学优势，即在对电极上，13-—r的还原反应速度足够快，而13-离子与Ti02多孔膜导带中电子的复合反应(暗反应)的反应速度非常慢。但事实上，137厂电对并 不是最理想的电荷传输介质，它主要存在以下几个问题(l)碘单质 对绝大多数金属都有腐蚀作用，尤其是电池中最常用到的银和白金。 若长时间使用含有1371-氧化还原电对的电解质容易导致电池稳定性 的降低和电池寿命缩短；同时对电池的制备技术也提出了更苛刻的要 求，增加了电池的成本。(2)石典具有一定的蒸汽压，同样对电池的密 封技术提出了更高的要求，不利于电池的实际应用。(3)If/r电对能 吸收一定量的可见光。(4 ) 137厂氧化还原电位限制了电池的最大开路 电压，不利于进一步提高电池效率。针对以上问题，人们尝试用其他形式的氧化还原电对来替代 1371-，如(1)单电子二茂铁(Fc+/°)体系，尽管它们能快速还原氧 化态染料分子，但暗反应速度更快，效率极低(Gregg, B. A.等人，CAe附.S 2001, /05， 1422-1429)。 (2)拟卣素氧化还原电对 (SeCN)2/SeCN等，组装成电池的IPCE和光电转换效率都很低4(Oskam, G.等人，乂尸&5. C7^附.5 2001, 705, 6867—6873 ) 。 ( 3 ) Co(II/III)-多吡咬配合物，如Co(dbbip)2(C104)2, Co(dmbip)2](C104)2 等 (dbbip=2，6—bis(l，一buty1—benzimidazol—2'-yl)pyridine， dmbip= 2,6—bis( 1 ，—methyl—benzimidazol—2 ，—yl)pyridine )， 这类4匕合物用于 DSCs电池时，虽然光电转换效率得到很大提高(在弱光强下)，但 有些Co(II)化合物同时也能将染料还原，因而降低了电池的稳定性(Hattori, S.等，」m. CAem. 2005， 9648—9654; Sapp， S. A. 等，乂」w. C7^附.2002， 11215—11222; Nusbaumer, H.等，CAe附. 五,2003， 9， 3756-3763 ) 。 ( 4 )有机自由基2,2,6,6—tetramethyl-l-piperidinyloxy用于DSCs电池时，同样存在着电池的稳定性差的问 题(Zhang，Z.等，爿Jv.尸w. M^er. 2008,341-346 )。而稳定性较 好的非碘氧化还原电对，电池效率却不理想(Yasutem, S.等，欧洲 专利申请EP1856522 A2)，所有上述文献在这里以全文引用作为参 考。因此，研究低成本、高效率、稳定性好的非碘氧化还原电对 是染料敏化太阳能电池的发展趋势之一 。
技术实现思路
本专利技术中所使用的术语，除非另外指出，是根据其常规含义来 理解。本专利技术所使用的术语非碘氧化还原电对指的是13—/r电对的替代物。本专利技术中的非碘氧化还原电对指的是U，3,3-四曱基硫脲(A) 及其含有不同平衡阴离子的二石危化物([A-A]2+B2 )。本专利技术仅以A与 [A-A产(TFSI)2的应用实例来进行解释说明，其中，TFSr为双(三氟 甲基磺酰)亚胺离子。本文所使用的术语基于碳对电极的染料敏化太阳能电池，指 的是以碳电极用作对电极的染料敏化太阳能电池。本专利技术的一个目的在于提供一种包含性能优良、无腐蚀性氧化 还原电对的电解质溶液，该氧化还原电对在碳电极上表现出优异的 电子转移特性。本专利技术的另一个目的在于提供上述包含性能优良、无腐蚀性氧 化还原电对的电解质溶液在制备染料敏化太阳能电池中的应用。本专利技术的又一个目的在于提供包括上述含性能优良、无腐蚀性 氧化还原电对的电解质溶液的染料敏化太阳能电池。5一方面，本专利技术提供了 一种用于染料敏化太阳能电池的电解质 溶液，该电解质溶液含有氧化还原电对，该氧化还原电对组成的通式为nA+([A-A]2+B2) 其中，A为氧化还原电对中的还原型组份，其结构如下CH3——N /H3C——N、GH32+B2为氧化还原电对中的氧化型组份，其阳离子的形成及 结构由下式所示2e、 2+ A + A , [A-A2e2+结构如下2+ =CH3H3C.\N一CH3CH3-N+ ,' c— s—s —c ', + 、--'/ V、---'H3C——N、 7——CH3CH3 H3CB为平衡阴离子，B选自由素离子、高氯酸根离子、四氟化硼离子、 六氟化磷离子、氟化锑离子、硝酸根离子、双(氟磺酰)亚胺离子、 双(三氟曱基磺酰)亚胺离子、(氟磺酰)(三氟曱基磺酰)亚胺离 子和六氟化铌离子；所述卣素离子优选为氯离子和/或溴离子；n为 A与[A-A]2+B2的摩尔比，且0.01《500。所述电解质溶液还含有有机溶剂M，该有机溶剂M选自腈类， 例如乙腈、丙腈、3-曱氧基丙腈、3-羟基丙腈；醇类，例如曱醇、 乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、辛醇、乙二醇、丙三醇、1， 2-丙二醇、 1， 3-丙二醇；酯类，例如碳酸二曱酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、 曱酸曱酯、曱酸乙酯、曱酸丁酯、乙酸乙酯、苯曱酸甲酯、苯甲酸 乙酯、邻苯二曱酸二曱酯、邻苯二曱酸二乙酯；四氢呋喃及其混合6物；m为所述有机溶剂M与[A-A产B2的摩尔比，且l(Km<2000。 所述电解质溶液还含有离子液体C+D—,其中C+选自咪唑类阳 离子、吡唑类阳离子、吡啶类阳离子、哌啶类阳离子、吡咯类阳离 子、吲哚类阳离子、p卡唑类阳离子、季铵盐类阳离子、三烷基锍类阳离子及其混合物；D-选自卤素离子(cr、 Br)、四氟化硼离子、六氟化磷离子、氟化锑离子、高氯酸根、硝酸根离子、双(氟磺酰) 亚胺离子、双(三氟曱基磺酰)亚胺离子、(氟磺酰)(三氟曱基磺 酰)亚胺离子、六氟化铌离子及其混合物；所述卣素离子优选为氯 离子和/或溴离子；x为所述离子液体C+D-与[A-A]2+ B2的摩尔比， 且0《x《2000。所述电解质溶液还含有无机盐IS,该无机盐IS选自锂盐、钠 盐、钾盐、季铵盐及其混合物，所述无机盐IS中的阴离子选自高氯酸根、卣素离子、四氟化硼离子、六氟化磷离子、氟化锑离子、 硝酸根离子、双(氟磺酰)亚胺离子、双(三氟曱基磺酰)亚胺离 子本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于染料敏化太阳能电池的电解质溶液，该电解质溶液含有氧化还原电对，该氧化还原电对组成的通式为： ｎＡ＋（［Ａ－Ａ］↑［２＋］Ｂ↓［２］） 其中，Ａ为氧化还原电对中的还原型组份，其结构如下： ＊＊＊ ［Ａ－Ａ］↑［ ２＋］Ｂ↓［２］为氧化还原电对中的氧化型组份，其结构如下： ＊＊＊ 平衡离子Ｂ选自卤素离子、高氯酸根离子、四氟化硼离子、六氟化磷离子、氟化锑离子、硝酸根离子、双（氟磺酰）亚胺离子、双（三氟甲基磺酰）亚胺离子、（氟磺酰）（三氟甲基 磺酰）亚胺离子和六氟化铌离子，所述卤素离子优选为氯离子和／或溴离子； ｎ为Ａ与［Ａ－Ａ］２＋Ｂ↓［２］的摩尔比，０．０１≤ｎ≤５００。
【技术特征摘要】
CN 2009-2-3 200910077908.11.一种用于染料敏化太阳能电池的电解质溶液，该电解质溶液含有氧化还原电对，该氧化还原电对组成的通式为nA+([A-A]2+B2)其中，A为氧化还原电对中的还原型组份，其结构如下[A-A]2+B2为氧化还原电对中的氧化型组份，其结构如下平衡离子B选自卤素离子、高氯酸根离子、四氟化硼离子、六氟化磷离子、氟化锑离子、硝酸根离子、双(氟磺酰)亚胺离子、双(三氟甲基磺酰)亚胺离子、(氟磺酰)(三氟甲基磺酰)亚胺离子和六氟化铌离子，所述卤素离子优选为氯离子和/或溴离子；n为A与[A-A]2+B2的摩尔比，0.01≤n≤500。1. 一种用于染料敏化太阳能电池的电解质溶液，该电解质溶液含有氧化还原电对，该氧化还原电对组成的通式为nA+([A-A]2+B2) 其中，A为氧化还原电对中的还原型组份，CH3——N /H3C-NCH3[A-A]2+B2为氧化还原电对中的氧化型组份，CH3——NA_Aj B2= B十,一s—SH3C——N\其结构如下:N——CH3平衡离子B选自囟素离子、高氯酸根离子、四氟化硼离子、六氟化磷 离子、氟化锑离子、硝酸根离子、双(氟磺酰)亚胺离子、双(三氟曱基 磺酰)亚胺离子、(氟磺酰)(三氟曱基磺酰)亚胺离子和六氟化铌离子， 所述卣素离子优选为氯离子和/或溴离子；n为A与[A-A]2+B2的摩尔比，0.01《n《500 。2.根据权利要求1所述的电解质溶液，其特征在于，所述电解质溶 液还含有有机溶剂M，该有机溶剂M选自腈类，例如乙腈、丙腈、3-曱 氧基丙腈、3-羟基丙腈；醇类，例如曱醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、 辛醇、乙二醇、丙三醇、1,2-丙二醇、1，3-丙二醇；酯类，例如碳酸二曱酯、 碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、曱酸曱酯、曱酸乙酯、曱酸丁酯、乙酸乙酯、 苯曱酸曱酯、苯曱酸乙酯、邻苯二曱酸二曱酯、邻苯二曱酸二乙酯；四氢 呋喃及其混合物，m为所述有机溶剂M与[A-A产B2的摩尔比，且10《m 《2000。3.根据权利要求1或2所述的电解质溶液，其特征在于，所述电解 质溶液还含有离子液体C+D-，其中C+选自咪唑类阳离子、吡唑类阳离子、 吡啶类阳离子、哌啶类阳离子、吡咯类阳离子、吲哚类阳离子、口卡唑类阳 离子、季铵盐类阳离...
【专利技术属性】
技术研发人员：孟庆波，李冬梅，李泓，罗艳红，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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