一种太阳能电池电解质及其应用制造技术

一种太阳能电池电解质及其应用，属于太阳能电池技术领域，所述电解质是液体、凝胶状或半流动状的胶体，其特征是，所述电解质至少包括：Ｓ２－／Ｓｘ２－氧化还原电对，其中，ｘ为２～６的整数；与Ｓ２－／Ｓｘ２－配合的有机阳离子溶剂或者溶剂与胶凝剂的混合物。本发明专利技术还涉及所述电解质在染料敏化太阳能电池和量子点电池中的应用。采用了本发明专利技术的硫氧化还原电对电解质的染料敏化太阳能电池和量子点太阳能电池，使得大部分集流材料可以直接使用，而不会被电解质腐蚀，可大大简化电池的制备工艺和生产成本，其性能与现有技术电池性能相当。

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能电池电解质及其应用
本专利技术属于太阳能电池
，具体涉及一种太阳能电池电解质及其应用。技术背景电解质是染料敏化太阳能电池和量子点太阳能电池的关键部分之一，其中的氧 化还原电对起到电子转移的作用。在染料敏化太阳能电池和量子点太阳能电池中，电解 质中的氧化态组分在第二电极催化剂的作用下发生还原反应生成还原态组分，还原态组 分则与第一电极的氧化态染料分子或量子点发生作用生成氧化态组分，经过电解质中氧 化还原电对的不断循环，太阳能电池将光能源源不断地转化为电能，而电解质中的氧化 还原电对的组成则不发生变化。目前染料敏化太阳能电池领域最常用的氧化还原电对为I_/I3_ (即Γ/Ι2)，该氧 化还原电对具有良好的电化学稳定性、可逆性，在有机溶剂中具有较高的电导率，并且 其氧化还原电位与电池中其他部分匹配良好，是公认的最有效的电解质。中国专利ZL 02157280.1公开了一种以Γ/%电对为主要成分的电解质，并通过复配其他有机溶剂、配 合剂、紫外吸收剂等，得到了一种具有良好光电化学活性的电解质，应用于染料敏化太 阳能电池中获得了较高的电池效率。但是，在染料敏化太阳能电池的大面积化和商品化过程中，基于碘氧化还原电 对的电解质暴露出一个较大的缺点。因为染料敏化太阳能电池使用的基板(导电玻璃或 者导电塑料)具有较大的面电阻，为了提高大面积电池的放电性能，需要在大面积的基 板上引入其他导电性良好的集流材料，比如Ag、Cu等。由于含碘氧化还原电对的电解 质可以腐蚀大部分导电性良好的集流材料，因此在进行大面积电池的制备时，需要对引 入的集流材料进行保护，这不仅仅增加了电池的制备工序，提高了电池的成本，同时因 为对集流材料的保护并不能做到万无一失，还将大大影响电池的使用寿命。中国专利ZL 200410014456.Χ公开了一种内部并联结构的大面积染料敏化太阳能电池，为了避免电解 质对集流材料的腐蚀，其使用了高分子材料、高分子粘结剂、玻璃材料、或陶瓷材料对 集流电极进行了保护。另外，由于碘的强氧化性、升华特性，它的存在还对电池的密封 材料提出了较高的要求。同时由于碘本身在可见光区有较强的吸收，它的存在还会影响 染料对此部分可见光的吸收，降低电池的性能。因此有必要寻找一种具有良好电化学可 逆性、合适的氧化还原电位、同时又不具有强腐蚀性的电解质，用来代替碘氧化还原电 对，从而拓宽染料敏化太阳能电池的材料选择范围，减少电池的制备工序，降低电池的 成本，提高电池的寿命。量子点太阳能电池是一种由II-VI族和III-V族元素组成的纳米颗粒制备的太阳 能电池，例如CdS、CdSe、PbS> 以及其复合物Cc^eB等。纳米半导体量子点材料 具有优越的与光相互作用的特性，纳米量子点材料受高能光子撞击时释放电子的数量是 硅半导体材料的两倍以上，这意味着光电转化效率能够得到大幅度的提高。不仅如此， 纳米量子点技术可以通过简单的化学反应得以实现，其材料价格将非常低廉。传统的量子点电池电解质采用Γ/V，虽然Γ/V体系在动力学上是量子点再生 的理想材料，也能有效的抑制激发态电子在电解质体系中的复合，但是Γ/Ι3-体系腐蚀大 部分金属材料和半导体材料，在量子点电池中，Γ/Ι3-体系腐蚀量子点电池，使电流快速 下降。目前量子点太阳能电池最常用的氧化还原电对为S27SX2—，通常采用无机硫化盐体 系，使用的溶剂通常为水。
技术实现思路
本专利技术提出了一种新的太阳能电池电解质，以S2_/Sx2_为氧化还原电对，其中 Sx2-是硫单质与S2-形成的多硫离子，该电解质中含有与S27SX2_配合的有机阳离子，通过 复配其他溶剂或混合溶剂，或者添加其他添加剂后，得到一种具有良好性能的电解质。 该电解质具有较高的电导率，良好的电化学可逆性，尤其是其对大部分导体金属不具有 腐蚀性，在应用于染料敏化太阳能电池和量子点电池，尤其是大面积染料敏化太阳能电 池时，可扩大其他电极材料、集流材料、密封材料的选择范围，简化电池的制备工艺， 降低电池的制造成本，提高电池的使用寿命。本专利技术采用的具体技术方案是一种太阳能电池电解质，所述电解质是液体、凝胶状或半流动状的胶体，其特 征是，所述电解质至少包括S27SX2_氧化还原电对，其中，χ为2 6的整数；与s2_/Sx2_配合的有机阳离子溶剂或者溶剂与胶凝剂的混合物。其中，Sx2_是由添加到电解质中的硫粉和硫负离子生成。往含有S2_(硫离子) 的体系中添加单质硫，单质硫与硫离子形成sx2_(多硫离子)，过量的硫离子和多硫离子 形成氧化还原电对s2_/sx2_。硫离子和多硫离子可以通过质谱仪或元素分析法进行分析， 采用其他方法进行氧化还原电对各组分的分析不影响本专利技术的保护效果。优选的，S2_的质量百分含量为0.0001 20% ； Sx2_的质量百分含量为0.0001 10%。优选结果显示，当纩或已的质量百分含量低于0.0001%时，不能起到良好的电 荷迁移作用，当炉-和Sx2-的质量百分含量高于10%时，电解质中的固体物质不能很好的 完全溶解。所述的电解质，其中，所述有机阳离子是季铵类阳离子、咪唑类阳离子、吡啶 类阳离子或噻唑类阳离子中的一种或多种。更具体的，所述季铵类阳离子是四甲基铵阳离子、十二烷基三甲基铵阳离子、 十二烷基二甲基苄基铵阳离子、四丙基铵阳离子中的一种；所述咪唑类阳离子是1，3-二甲基咪唑阳离子、1，2 二甲基-3-丙基咪唑阳离 子、1-乙基-3-甲基咪唑阳离子、1-丁基-3-甲基苯并咪唑阳离子、1-甲基-3-丙基苯 并咪唑阳离子、1，1’ - 二甲基-3，3’ - 二丙基-2，2’ -联咪唑阳离子中的一种；所述吡啶类阳离子是1-甲基吡啶阳离子、4-叔丁基-1-丙基吡啶阳离子、1， 1，- 二甲基-2，2，-联吡啶阳离子1，1，，1” -三甲基-2，2，，6，，2” -三联吡 啶阳离子中的一种；所述噻唑类阳离子是3-甲基噻唑阳离子、2-乙基-3-甲基噻唑阳离子、3，3’ - 二甲基-4，4’ -联噻唑阳离子中的一种。选用的阳离子可以吸附在纳米TiO2颗粒的表面，阻碍电解质中S:与纳米TiO2 膜的接触，可以有效地抑制导带电子与电解质在纳米TiO2颗粒表面的复合，从而提高电 池的填充因子、输出功率和光电转换效率。所述溶剂是有机溶剂或者混合有机溶剂，其中，所述有机溶剂是甲醇、乙醇、 丙醇、异丙醇、丁醇、叔丁醇、乙腈、丙腈、异丙腈、丁腈、异丁腈、丙二腈、丁二 腈、甲氧基丙腈、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯、甲酸甲酯、乙酸甲酯、甲酸 乙酯、乙酸乙酯、Y-丁内酯、δ-已内酯、甲醚、乙醚、四氢呋喃、乙二醇二甲醚中的 一种或者以任意比例混合的混合有机溶剂。所述的电解质，其中，所述电解质中还含有碘化物添加剂，其中碘化物是Nal、 ΚΙ、LiK RbK MgI2> CaI2> BaI2> AlI3>烷基取代咪唑碘盐、烷基取代苯并咪唑碘盐中的一种或多种。具体的，所述烷基取代咪唑碘盐是1，2-二甲基-3-丙基咪唑碘盐、1-甲 基-3- 丁基咪唑碘盐、1-乙基-3- 丁基咪唑碘盐中的一种；所述苯并咪唑碘盐是1- 丁基-3-甲基苯并咪唑碘盐、1-甲基-3-丙基苯并咪唑 碘盐、1-乙基-3-丁基苯并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能电池电解质，所述电解质是液体、凝胶状或半流动状的胶体，其特征是，所述电解质至少包括：Ｓ↑［２－］／Ｓ↓［ｘ］↑［２－］氧化还原电对，其中，ｘ为２～６的整数；与Ｓ↑［２－］／Ｓ↓［ｘ］↑［２－］配合的有机阳离子；溶剂或者溶剂与胶凝剂的混合物。

【技术特征摘要】
1.一种太阳能电池电解质，所述电解质是液体、凝胶状或半流动状的胶体，其特征 是，所述电解质至少包括S2_/Sx2_氧化还原电对，其中，X为2 6的整数；与S27SX2_配合的有机阳离子；溶剂或者溶剂与胶凝剂的混合物。2.根据权利要求1所述的电解质，其特征是，S2_的质量百分含量为0.0001 20%; S:的质量百分含量为0.0001 10%。3.根据权利要求1所述的电解质，其特征是，S:是由添加到电解质中的硫粉和硫负 离子生成。4.根据权利要求1所述的电解质，其特征是，所述有机阳离子是季铵类阳离子、咪唑 类阳离子、吡啶类阳离子或噻唑类阳离子中的一种或多种；所述溶剂是有机溶剂或者混 合有机溶剂。5.根据权利要求4所述的电解质，其特征是，所述季铵类阳离子是四甲基铵阳离子、十二烷基三甲基铵阳离子、十二烷基二甲基 苄基铵阳离子、四丙基铵阳离子中的一种；所述咪唑类阳离子是1，3-二甲基咪唑阳离子、1，2 二甲基-3-丙基咪唑阳离子、 1-乙基-3-甲基咪唑阳离子、1-丁基-3-甲基苯并咪唑阳离子、1-甲基-3-丙基苯并咪 唑阳离子、1，1’ - 二甲基-3，3’ - 二丙基-2，2’ -联咪唑阳离子中的一种；所述吡啶类阳离子是1-甲基吡啶阳离子、4-叔丁基-1-丙基吡啶阳离子、1， 1，- 二甲基-2，2，-联吡啶阳离子1，1，，1” -三甲基-2，2，，6，，2” -三联吡 啶阳离子中的一种；所述噻唑类阳离子是3-甲基噻唑阳离子、2-乙基-3-甲基噻唑阳离子、3，3’ -二 甲基-4，4’ -联噻唑阳离子中的一种。6.根据权利要求4所述的电解质，其特征是，所述有机溶剂是甲醇、乙醇、丙醇、异 丙醇、丁醇、叔丁醇、乙腈、丙腈、异丙腈、丁腈、异丁腈、丙二腈、丁二腈、甲氧基 丙腈、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯、甲酸甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨希川，李玲，
申请(专利权)人：大连七色光太阳能科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]