聚乙烯醇缩丁醛的用途、染料敏化太阳能电池准固态电解质薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种聚乙烯醇缩丁醛在染料敏化太阳能电池中的用途、染料敏化太阳能电池用薄膜、染料敏化太阳能电池准固态电解质薄膜及其制备方法。本发明专利技术采用聚乙烯醇缩丁醛制备准固态电解质薄膜。该准固态电解质薄膜具有大量供氧化还原电对离子迁移的通道，在不减缓离子电解质离子迁移的条件下阻止了电解质液体的流动，达到有效提高染料敏化太阳能电池稳定性的目的，同时薄膜形态的电解质极大的方便了染料敏化太阳能电池的大规模生产与使用。本发明专利技术中准固态电解质薄膜制备方法简单、原料价格低廉且工艺条件简便易行，无需加热、加压等条件有效降低生产成本和能耗，有利于降低整个电池的制造成本，具有显著的实用价值。

【技术实现步骤摘要】
聚乙烯醇缩丁醛的用途、染料敏化太阳能电池准固态电解质薄膜及其制备方法
本专利技术涉及一种聚乙烯醇缩丁醛的用途、染料敏化太阳能电池用薄膜、染料敏化太阳能电池准固态电解质薄膜及其制备方法。
技术介绍
我国是世界上传统能源消耗量和增长速度最快的国家之一，能源短缺和环境的压力越来越大。太阳能电池工作对环境无污染，为解决目前世界范围内的能源危机和环境问题提供了一个良好的解决方案，具有非常重要的现实意义。如何制造出廉价高效的太阳能电池成了我国科技工作者亟待解决的问题之一。1991年瑞士洛桑高等工业学院等人在《Nature》上发表了一种使用钌络合物敏化的二氧化钛纳米薄膜为阳极组装成光电池，即染料敏化太阳能电池（故也称电池），该光电池具有制备工艺简单、成本低廉但效率较高（光电转换效率达7.1%）的优点，引起巨大反响，开创了一个全新的研究领域，在世界范围内掀起了染料敏化太阳能电池的研究热潮。染料敏化太阳能电池由于其具有原料价廉易得、制造工艺简单环境友好、在非直射和弱光环境中仍能高效工作，可设计性强能适应多种等优点，被认为是传统硅基太阳能电池最具潜力的替代方案。经过近二十年的研究改进，目前，实验室研究中染料敏化太阳能电池光电转换效率已超过11%，与传统多晶硅太阳能电池之间光电转换效率差距正在不断减小。随着商业化前景日益显现，很多公司也投入巨资积极推进应用研究。染料敏化太阳能电池主要由光阳极、电解质和对电极组成。目前，染料敏化太阳能电池中使用的电解质按照其物理性质可以分为：液态电解质、固态电解质和准固态电解质。液态电解质从染料敏化电池诞生之初便被使用，并一直保持着光电转换效率最高纪录，但液态电解质存在难以封装造成泄漏，电解质溶剂易挥发等问题，限制了电池的大面积推广使用。固态电解质虽然克服了液态电解质的以上缺陷，但是却存在光电转换效率低下的问题，目前其最高光电转换效率约为5.1%，不及液态电解质电池的50%。准固态电解质作为液态电解质和固态电解质的一个折中方案成为现阶段实用化研究的一个热点，在不显著降低光电转换效率的条件下改善了电池的可封装性。常见用于制备准固态电解质的凝胶材料有：纳米二氧化硅颗粒、纳米二氧化钛等纳米颗粒，糖类、长链脂肪等有机小分子和聚丙烯腈等高聚物。其普遍的缺点在于制造成本高、原材料对人体有害，所制备出的准固态电解质长期稳定性差且制备出的准固态电解质为布丁状无定形状态，封装难题仍然显著存在。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供聚乙烯醇缩丁醛在染料敏化太阳能电池中的用途。优选地是，聚乙烯醇缩丁醛用作染料敏化太阳能电池准固态电解质薄膜。本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种生产方便、成本低廉的染料敏化太阳能电池用薄膜。为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案实现：染料敏化太阳能电池用薄膜，其特征在于，其为聚乙烯醇缩丁醛材料制成。优选地是，所述聚乙烯醇缩丁醛的化学结构式为：其中，X、Y、Z的数值范围分别是：X、Y、Z的数值范围为自然数。优选地是，其数值范围均为1-1500的自然数。优选地是，所述的聚乙烯醇缩丁醛分子量为5,000-250,000。本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种生产方便、成本低廉的染料敏化太阳能电池准固态电解质薄膜。为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案实现：染料敏化太阳能电池准固态电解质薄膜，其特征在于，使用前述任一技术方案所述的聚乙烯醇缩丁醛薄膜，所述聚乙烯醇缩丁醛薄膜吸附有液态电解质。优选地是，所述的液态电解质为含I-/I3-、Br-/Br2、SeCN-/(SeCN)2、SCN-/(SCN)2或Bipyridylcobalt(II/III)氧化还原对的溶液。本专利技术所述的准固态电解质薄膜为吸附有液态电解质的薄膜。本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种生产方便、成本低廉的染料敏化太阳能电池准固态电解质薄膜。为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案实现：染料敏化太阳能电池准固态电解质薄膜的制备方法，其特征在于，包括步骤：(1).将聚乙烯醇缩丁醛制成多孔薄膜；(2).使多孔薄膜吸纳液态电解质。优选地是，多孔薄膜的制备方法为：取聚乙烯醇缩丁醛，加入造孔剂；加入溶剂搅拌混合成胶体；将上述胶体涂制成膜，去除薄膜中的造孔剂，形成多孔薄膜。优选地是，所用的造孔剂为不溶于所述溶剂的造孔剂。优选地是，所用的造孔剂为碳酸盐或者是含碳酸氢根的盐。更优选地是，所述造孔剂为碳酸钙、碳酸钠、碳酸钾、碳酸钡、碳酸氢钙、碳酸氢钠、碳酸氢钾或碳酸氢钡。优选地是，还加入有辅助剂，所述辅助剂采用氯化物和葡萄糖中的任一种或它们的组合。辅助剂的加入可以加速造孔剂的去除，并使得刮制的薄膜易于从基底表面脱离。更优选地是，所述氯化物盐离子与所述造孔剂盐离子相同。优选地是，所述溶剂为挥发性溶剂。优选地是，所述挥发性溶剂为甲苯、乙醇、乙酸乙酯、丙酮、环己烷、正丁醇中的一种或几种。优选地是，将含有造孔剂或含有造孔剂与辅助剂的薄膜浸入第二溶剂中，所述第二溶剂可溶解造孔剂或辅助剂、或可使造孔剂和辅助剂转化为可溶于第二溶剂的物质。优选地是，所述的第二溶剂为强于碳酸的酸溶液。优选地是，所述的第二溶剂为稀释的盐酸。优选地是，所述的聚乙烯醇缩丁醛与造孔剂的质量比为1:10-50。专利技术人经研究发现，造孔剂用量越多，制成的染料敏化太阳能电池准固态电解质薄膜吸附液态电解质的能力就越强，更优选地是，聚乙烯醇缩丁醛与造孔剂的质量比为1:20-30。在此范围内，造孔剂的含量增加，制成的薄膜吸附液态电解质的能力增加明显。大于1:20，其吸附能力较低；小于1:30，造孔剂用量改变对薄膜的吸附能力影响不大，甚至会降低吸附能力。专利技术人经研究发现，造孔剂的用量不同，最终制成的准固态电解质薄膜的电池的光电转换效率不同，因此，优选为聚乙烯醇缩丁醛与造孔剂的质量比为1:10-50。更优选为聚乙烯醇缩丁醛与造孔剂的质量比为1:20-35。更优选地是，吸附液态电解质时，使薄膜处于压力下吸附。压力增大然后缓慢释放加在薄膜上的压力，可有助于提高薄膜吸附液态电解质的能力。更优选地是，所述的造孔剂与辅助剂的质量比为5:0.1-1。更优选为造孔剂与辅助剂的质量比为5:0.15-0.5。更优选地是，造孔剂为碳酸钙，所述的辅助剂为氯化钙和葡萄糖，氯化钙与葡萄糖的质量比为0.56-5.6:1；优选为1-5:1。在氯化钙用量固定的情况下，增加葡萄糖的用量可提高去除造孔剂的速度。在葡萄糖用量恒定的情况下，增加氯化钙的用量也可提高去除造孔剂的速度。更优选地是，在15℃-40℃温度下去除造孔剂。专利技术人经研究发现，温度增高可显著提高去除造孔剂的速度。但温度提高会降低薄膜的强度。更优选为在20℃-35℃温度下去除造孔剂。更优选地是，所述的盐酸的浓度为10%-37%。本专利技术中，使用的碳酸钙粉末的直径为0.5-10μm。本专利技术采用聚乙烯醇缩丁醛制备准固态电解质薄膜。该准固态电解质薄膜具有大量供氧化还原电对离子迁移的通道，在不减缓电解质离子迁移的条件下阻止了电解质液体的流动，达到有效提高染料敏化太阳能电池稳定性的目的，同时薄膜形态的电解质极大的方便了染料敏化太阳能电池的大规模生产与使用。本专利技术中准固态电解质薄膜制备方法简单、原料价格低廉且工艺条件简便易行，无需加热本文档来自技高网...

【技术保护点】
聚乙烯醇缩丁醛在染料敏化太阳能电池中的用途。

【技术特征摘要】
2012.03.05 CN 201210055829.21.染料敏化太阳能电池准固态电解质薄膜的制备方法，其特征在于，包括步骤：(1).将聚乙烯醇缩丁醛制成多孔薄膜；多孔薄膜的制备方法为：取聚乙烯醇缩丁醛，加入造孔剂；加入溶剂搅拌混合成胶体；将上述胶体涂制成膜，去除薄膜中的造孔剂，形成多孔薄膜；所用的造孔剂为不溶于所述溶剂的造孔剂；所用的造孔剂为碳酸盐或者是含碳酸氢根的盐；将含有造孔剂的薄膜浸入第二溶剂中，所述第二溶剂可溶解造孔剂、或可使造孔剂转化为可溶于第二溶剂的物质；所述的第二溶剂为强于碳酸的酸溶液；(2).使多孔薄膜吸纳液态电解质。2.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池准固态电解质薄膜的制备方法，其特征在于，所述造孔剂为碳酸钙、碳酸钠、碳酸钾、碳酸钡、碳酸氢钙、碳酸氢钠、碳酸氢钾或碳酸氢钡。3.根据权利要求1所述的染料敏化太阳...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄其煜，周伟，温红媚，
申请(专利权)人：上海斑图实业有限公司，黄其煜，
类型：发明
国别省市：