專利名稱：染料敏化納米薄膜太陽電池用液晶電解質(zhì)溶液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種染料敏化納米薄膜太陽電池用液晶電解質(zhì)溶液，本發(fā)明具有相對較高的電導(dǎo)率，良好的電化學(xué)可逆性、良好的穩(wěn)定性、較強的耐紫外線等特征。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
(1)、組分1 :液晶電解質(zhì): 作為染料敏化納米薄膜太陽電池用液晶電解質(zhì)溶液的主體部分，是呈現(xiàn)液晶態(tài)的膽甾醇酯類衍生物，呈現(xiàn)液晶態(tài)的膽甾醇鹵代化物及其衍生物，呈現(xiàn)液晶態(tài)的膽甾醇烷基碳酸酯及其衍生物，呈現(xiàn)液晶態(tài)的烷基碳酸酯及其衍生物，呈現(xiàn)液晶態(tài)的苯酯及其衍生物，呈現(xiàn)液晶態(tài)的Schiff堿及其衍生物，呈現(xiàn)液晶態(tài)對氨基聯(lián)苯衍生物，呈現(xiàn)液晶態(tài)的氧化偶氮苯衍生物，呈現(xiàn)液晶態(tài)氰基取代聯(lián)苯衍生物，呈現(xiàn)液晶態(tài)的噻吩類衍生物，呈現(xiàn)液晶態(tài)的高分子衍生物，呈液晶態(tài)的咪唑類離子液體及其衍生物，呈液晶態(tài)的吡啶類離子液體及其衍生物，呈液晶態(tài)的銨類離子液體及其衍生物，呈液晶態(tài)的膦類離子液體及其衍生物，呈液離子液體及其衍生物，呈液晶態(tài)的聯(lián)吡啶類離子液體及
其衍生物，呈液晶態(tài)的二硫取代吡唑類離子液體及其衍生物，呈液晶態(tài)的堿金屬羧酸鹽及
其衍生物，呈液晶態(tài)的堿金屬膦酸鹽及其衍生物，呈液晶態(tài)的由堿金屬離子與中性配體組
成的復(fù)合物及其衍生物，離子聚合物液晶包括主鏈離子聚合物液晶、側(cè)鏈離子聚合物液晶
和離子液體液晶樹狀聚體。例如1-十二烷基_3-甲基咪唑碘、1-十四烷基_3-甲基咪唑
碘、l-十六烷基_3-甲基咪唑碘、l-十八烷基-3-甲基咪唑碘、l-十二烷基-3-甲基咪唑
四氟硼酸鹽、1-十四烷基_3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、1-十六烷基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、
1-十八烷基_3-甲基咪唑四氟硼酸鹽U-十四烷基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽U-十六烷
基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽、l-十八烷基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽等。 上述液晶電解質(zhì)可以單獨使用，也可以按照一定比例混合使用，混合的比例視情
況而定。 (2)、組分2 :電化學(xué)可逆性好氧化還原電對； 作為電解質(zhì)溶液中的氧化還原電對，vr多吡啶Co(ii/ni)或者(secN)2/
(SeCN)—:碘和碘化物，三價鈷復(fù)合物與二價鈷復(fù)合物，(SeCN)2和(SeCN)—的物質(zhì)的量之比是任意的，可根據(jù)使用情況和太陽光強等因素來確定其比例。 對于12/1—氧化還原電對而言，作為電解質(zhì)溶液中的碘化物，可以是金屬碘化物，如Nal、 KI、 Lil、 Rbl2、 Mgl2、 Bal2、 A1I3、 Crl3、 Snl4等金屬碘化物；有機陽離子及其衍生物的碘化物，如各種有機銨離子及其衍生物的碘化物，各種有機季銨離子及其衍生物的碘化物；各種有機雜環(huán)離子如咪唑、取代咪唑、吡啶、取代吡啶、噻唑、取代噻唑等及其衍生物的碘化物。 對于(SeCN)2/(SeCN)—氧化還原電對而言，作為電解質(zhì)溶液中的硒氰化物，可以是金屬硒氰化物，如NaSeCN、 KSeCN、 LiSeCN、 Rb [ (SeCN) —]2、 Mg[ (SeCN)—]2、 Ba[ (SeCN)—]2、Al [ (SeCN) —] 3、 Cr [ (SeCN) —] 3、 Sn [ (SeCN) —]4等金屬硒氰化物；有機陽離子及其衍生物的硒氰化物，如各種有機銨離子及其衍生物的硒氰化物，各種有機季銨離子及其衍生物的硒氰化物；各種有機雜環(huán)離子如咪唑、取代咪唑、吡啶、取代吡啶、噻唑、取代噻唑等及其衍生物的硒氰化物。 上述金屬碘化物或者硒氰化物、有機陽離子及其衍生物的碘化物或者硒氰化物可以單獨使用，也可以任意比例混合使用，而且以混合使用效果更好，可方便地控制染料敏化納米薄膜太陽電池的光電流、光電壓、填充因子和輸出功率。
(3)、組分3 :暗電流抑制劑； 作為電解質(zhì)溶液中暗電流抑制劑，可以是各種一元或多元雜環(huán)化合物(主要是0、
N、S等雜環(huán))及其衍生物，多元醇、多元硫醇、多元胺、多元羧酸、EDTA及其衍生物，其中以吡
啶和取代吡啶及其衍生物、二聯(lián)吡啶及其衍生物、三聯(lián)吡啶及其衍生物、鄰菲羅啉及其衍生
物(其中呈固態(tài)的可配成溶液)直接處理光陽極或作為電解質(zhì)溶液中的組分而制得的染料
敏化納米薄膜太陽電池的性能最好，是很好的暗電流抑制劑。 上述暗電流抑制劑可以單獨使用，也可以以任意比例混合使用。
(4)組分4 :與電解質(zhì)溶液中陽離子作用的含雜原子化合物； 作為電解質(zhì)溶液中的碘化物或者硒氰化物中陽離子的配合劑，可以是各種一元或多元雜環(huán)化合物(主要是0、N、S雜環(huán))及其衍生物，多元醇、多元硫醇、多元胺、多元羧酸、
5EDTA及其衍生物，其中以吡啶和取代吡啶及其衍生物、二聯(lián)吡啶及其衍生物、三聯(lián)吡啶及其衍生物、鄰菲羅啉及其衍生物、冠醚(雜原子可以是0、N、S的任意組合)及其衍生物、穴醚(雜原子可以是0、N、S的任意組合)及其衍生物作為電解質(zhì)溶液中的組分而制得的染料敏化納米薄膜太陽電池的性能最好。 上述碘化物或硒氰化物中陽離子配合劑可以單獨使用，也可以以任意比例混合使用。 冠醚及其衍生物、穴醚及其衍生物可以提高堿金屬碘化物的溶解度，使溶液電導(dǎo)率提高。
(5)組分5 :與電解質(zhì)溶液中12作用的含雜原子化合物； 目前的氧化還原電對以12/1—，作為電解質(zhì)溶液中的碘化物中12的配合劑，可以是各種一元或多元雜環(huán)化合物(主要是0、N、S雜環(huán))及其衍生物，多元醇、多元硫醇、多元胺、多元羧酸、EDTA及其衍生物，其中以吡啶和取代吡啶及其衍生物、二聯(lián)吡啶及其衍生物、三聯(lián)吡啶及其衍生物、鄰菲羅啉及其衍生物、冠醚(雜原子可以是0、N、S的任意組合)及其衍生物、穴醚(雜原子可以是0、N、S的任意組合)及其衍生物作為電解質(zhì)溶液中的組分而制得的染料敏化納米薄膜太陽電池的性能最好。 上述碘化物中12的配合劑可以單獨使用，也可以以任意比例混合使用。 吡啶和取代吡啶及其衍生物、聯(lián)吡啶及其衍生物、冠醚及其衍生物可以提高染料
敏化納米薄膜太陽電池的效率。 (6)組分6 :常規(guī)有機溶劑或者是室溫離子液體；在染料敏化納米薄膜太陽電池用液晶電解質(zhì)溶液中，常規(guī)的有機溶劑可以是乙腈、戊腈、戊二腈、3_甲氧基丙腈等腈類或者是碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和Y-丁內(nèi)酯等酯類。離子液體可以是1-丙基_3-甲基咪唑碘、3-乙基-l-甲基咪唑三氟甲磺酰胺、3_乙基-l-甲基三氟乙酸等離子液體，或者其它的咪唑類、吡啶類、膦類、胺類等離子液體。其中以咪唑類的離子液體為最好，可以提高電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率，從而可以減少在染料敏化納米薄膜太陽電池的歐姆降。 在染料敏化納米薄膜太陽電池用液晶電解質(zhì)溶液中，有機溶劑、離子液體在某些情況下并不是必須的組分，在特定情況下又是必須的組分，它們可以單獨使用，也可以混合使用。
(7)組分7 :改善電池紫外性能的化合物； 作為電解質(zhì)溶液中的紫外吸收劑，主要吸收波長為200-400nm的紫外光，可以是水楊酸酯類、二苯甲酮類、苯并三唑類、苯并咪唑類、苯并噻唑類、鎳螯合物類、受阻胺類等紫外吸收劑，其中以苯并咪唑類為最好，制得的染料敏化納米薄膜太陽電池的耐紫外性能佳。 上述紫外吸收劑可以單獨使用，也可以以任意比例混合使用，以與太陽光匹配。
本發(fā)明的電解質(zhì)溶液可以作為染料敏化納米薄膜太陽電池的電解質(zhì)溶液應(yīng)用，也可以作為其它種類的太陽電池以及非太陽電池中的電解質(zhì)溶液。
本發(fā)明的優(yōu)點 本發(fā)明的電解質(zhì)溶液，具有相對較高的電導(dǎo)率，良好的電化學(xué)可逆性、良好的穩(wěn)定性、較強的耐紫外線，能提高太陽電池的效率，增加太陽電池壽命，并且本身性能穩(wěn)定，對環(huán)境友好。
具體實施例方式
實施例1 每dm3的溶液中，各組分的含量分別為 組分2 :碘化鋰0. lmol dm—3 碘:0. lmol dm—3 組分3 :苯并咪唑:0. 5mol dm—3 組分4 :0 組分5 : 組分6:0 組分7 :0 其余的溶液體積均為組分1-液晶電解質(zhì)1-十二烷基_3-甲基咪唑碘； 實施例2 每dm3的溶液中，各組分的含量分別為 組分2 :碘化鋰0. lmol dm—3 碘0. lmol dm—3 1-丙基-3-甲基咪唑碘0. 5mol dm—3 組分3 :苯并咪唑0. 5mol dm—3 組分4 :0 組分5 :苯并咪唑:0. 5mol dm—3 組分6 :0 組分7 :0 其余的溶液體積均為組分1-液晶電解質(zhì)1-十二烷基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽； 實施例3 每dm3的溶液中，各組分的含量分別為 組分2 :碘化鋰0. lmol dm—3 碘0. lmol dm—3 1，2- 二甲基-3-丙基基咪唑碘0. 5mol dm—3 組分3 :苯并咪唑:0. 5mol dm—3 組分4:0 組分5 :0 組分7 :0
其余的溶液體積均為組分1-液晶電解質(zhì)1-十二烷基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽 和組分6-有機溶劑3-甲氧基丙腈。其中3-甲氧基丙腈占整個溶液質(zhì)量分數(shù)小于10%。 實施例4 每dm3的溶液中，各組分的含量分別為 組分2 :碘化鋰0. lmol dm—3 碘0. lmol dm—3 組分3 :苯并咪唑:0. 5mol dm—3 組分4 :0
組分5:0
組分7 :0 其余的溶液體積均為組分1-液晶電解質(zhì)1-十二烷基_3-甲基咪唑碘和組分 6-有機溶劑3-甲氧基丙腈。其中3_甲氧基丙腈占整個溶液質(zhì)量小于10%。
實施例5
每dm3的溶液中，各組分的含量分別為 組分2 :碘化鋰0. lmol dm—3 碘0. lmol dm—3 組分3 :苯并咪唑0. 5mol dm—3 組分4 :0
組分5 :0 組分7 :0
其余的溶液體積均為組分1-液晶電解質(zhì)l-十二烷基_3-甲基咪唑四氟硼酸鹽
和組分6-離子液體1-丙基3-甲基三氟甲基磺酸鹽。其中1-丙基3-甲基三氟甲基磺酸 鹽占整個溶液質(zhì)量小于10%。 實施例6
每dm3的溶液中，各組分的含量分別為 組分2 :碘化鋰0. lmol dm—3 碘0. lmol dm—3
1，2-二甲基-3-丙基基咪唑碘0. 5mol dm—3 組分3 :0
組分4 :苯并咪唑0. 5mol dm—3 組分5 :0
組分6 :0 組分7 :0
其余的溶液體積均為組分1-液晶電解質(zhì)膽甾醇乙酸酯。
實施例7
每dm3的溶液中，各組分的含量分別為 組分2 :碘化鋰0. lmol dm—3 碘0. lmol dm—3
1，2-二甲基-3-丙基基咪唑碘0. 5mol dm—3 組分3 :0
組分4 :0
組分5 :4-叔丁基吡啶0. 5mol dm—3
組分7 :0
其余的溶液體積均為組分1-液晶電解質(zhì)膽甾醇乙酸酯和組分6-有機溶劑


























3_甲氧基丙腈。其中3-甲氧基丙腈所占整個溶液的質(zhì)量分數(shù)低于10%。
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權(quán)利要求
染料敏化納米薄膜太陽電池用液晶電解質(zhì)溶液，其特征在于是組分2和組分1的混合溶液；其中組分2的摩爾濃度為0.04～0.5mol·L-1或者是組分2和組分1、組分6的混合溶液；其中組分1的質(zhì)量分數(shù)范圍100～50％；組分6的質(zhì)量分數(shù)范圍0～50％；組分1為液晶，組分2為電化學(xué)可逆性好的I3-/I-或者是三價鈷與二價鈷的復(fù)合物或者是(SeCN)3-/(SeCN)-氧化還原電對；組分6為有機溶劑或者是室溫離子液體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的染料敏化納米薄膜太陽電池用液晶電解質(zhì)溶液，其特征在于在所述的電解質(zhì)溶液中添加組分3 ;或組分4 ;或組分5或組分7 ;或者是組分3、4、5、7的混合物；其中組分3 ;或組分4 ;或組分5或組分7的摩爾濃度0. 1 0. 5mo1 L—1 ;或者 是組分3、4、5、7的混合物的總的摩爾濃度0. 1 0. 5mo1 L-、所述組分3為暗電流的抑制劑；所述組分4為與電解質(zhì)溶液中陽離子作用的含雜原子化合物； 所述組分5為與電解質(zhì)溶液中12作用的含雜原子化合物； 所述組分7為改善電池紫外性能的化合物或上述組分的復(fù)配混合物。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的染料敏化納米薄膜太陽電池用液晶電解質(zhì)溶液，其特征在于所述組分1為呈現(xiàn)液晶態(tài)的膽甾醇酯類衍生物，呈現(xiàn)液晶態(tài)的膽甾醇鹵代化物及其衍 生物，呈現(xiàn)液晶態(tài)的膽甾醇烷基碳酸酯及其衍生物，呈現(xiàn)液晶態(tài)的烷基碳酸酯及其衍生物，呈現(xiàn)液晶態(tài)的苯酯及其衍生物，呈現(xiàn)液晶態(tài)的Schiff堿及其衍生物，呈現(xiàn)液晶態(tài)對氨基聯(lián)苯衍生物，呈現(xiàn)液晶態(tài)的氧化偶氮苯衍生物，呈現(xiàn)液晶態(tài)氰基取代聯(lián)苯衍生物，呈現(xiàn)液晶態(tài) 的噻吩類衍生物，呈現(xiàn)液晶態(tài)的高分子衍生物，呈液晶態(tài)的咪唑類離子液體及其衍生物，呈 液晶態(tài)的吡啶類離子液體及其衍生物，呈液晶態(tài)的銨類離子液體及其衍生物，呈液晶態(tài)的膦類離子液體及其衍生物，呈液晶態(tài)的吡啶類或者s、 o取代吡啶類離子液體及其衍生物，呈液晶態(tài)的聯(lián)吡啶類離子液體及其衍生物，呈液晶態(tài)的二硫取代吡唑類離子液體及其衍生 物，呈液晶態(tài)的堿金屬羧酸鹽及其衍生物，呈液晶態(tài)的堿金屬膦酸鹽及其衍生物，呈液晶態(tài)的由堿金屬離子與中性配體組成的復(fù)合物及其衍生物中的一種或其混合物；組分2為氧化還原電對1371—或者(SeCN)3—/(SeCN)—中的碘化物和硒氰化物，所述碘 化物是碘化鋰、碘化鈉、碘化鉀或碘化鎂得金屬碘化物，或是3-己基-l-甲基咪唑碘、3-丙 基-1-甲基咪唑碘、1 ， 3- 二甲基-3-丙基咪唑碘等烷基碘化咪唑類離子液體，或是以碘作為 陰離子的離子液體；所述硒氰化物是硒氰化鋰、硒氰化鈉、硒氰化鉀、硒氰化鎂的金屬硒氰 化物，或是3-己基-1-甲基咪唑硒氰鹽、3_乙基-1-甲基咪唑硒氰鹽，烷基硒氰化咪唑類離 子液體；所述組分6是有機溶劑、離子液體所述有機溶劑是乙腈、戊腈、戊二腈、3-甲氧基 丙腈等腈類或者是碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和Y-丁內(nèi)酯等酯類；所述離子液體是1-丙 基-3_甲基咪唑碘、3_乙基-l-甲基咪唑三氟甲磺酰胺、3_乙基-l-甲基三氟乙酸等離子 液體，或者是咪唑類、吡啶類、膦類、胺類等離子液體。4、根據(jù)權(quán)利要求2所述的染料敏化納 米薄膜太陽電池用液晶電解質(zhì)溶液，其特征在于所述組分3是各種一元或者多元雜環(huán)化合物，即是0、 N、 S雜環(huán)及其衍生物，多元醇、多 元硫醇、多元胺、多元羧酸、EDTA及其衍生物，如吡啶和取代吡啶及其衍生物、二聯(lián)吡啶及其 衍生物、三聯(lián)吡啶及其衍生物、鄰菲羅啉及其衍生物、苯并咪唑及其衍生物；所述組分4是各種一元或多元雜環(huán)化合物，即是0、 N、 S雜環(huán)及其衍生物，如多元醇、多 元硫醇、多元胺、多元羧酸、EDTA及其衍生物、三聯(lián)吡啶及其衍生物、冠醚及其衍生物其中之 一或者其混合物；所述組分5是各種一元或多元雜環(huán)化合物，即是0、 N、 S雜環(huán)及其衍生物，多元醇、多元 硫醇、多元胺、多元羧酸、EDTA及其衍生物，其中以吡啶和取代吡啶及其衍生物、二聯(lián)吡啶及 其衍生物；所述組分7，是水楊酸酯類、二苯甲酮類、苯并三唑類、苯并咪唑類、苯并噻唑類、鎳螯合 物類、受阻胺類其中之一或者其混合物。
全文摘要
本發(fā)明公開了本發(fā)明公開了一種染料敏化納米薄膜太陽電池用液晶電解質(zhì)溶液，以組分1，2或組分1、2、6為主體組分通過復(fù)配或不復(fù)配其它四個組分中的一個或幾個組分組成電解質(zhì)溶液，其中組分1為液晶電解質(zhì)；組分2為電化學(xué)可逆性好的氧化還原電對；組分3為暗電流的抑制劑；組分4為與電解質(zhì)溶液中陽離子作用的含雜原子化合物；組分5為與電解質(zhì)溶液中I2作用的含雜原子化合物；組分6為有機溶劑或者離子液體；組分7為改善電池紫外性能的化合物。本發(fā)明具有較高的電導(dǎo)率、良好的電化學(xué)可逆性、良好的低溫穩(wěn)定性、較強的耐紫外線性能，能提高太陽電池效率，增加太陽電池壽命，本身性能穩(wěn)定，對環(huán)境無污染等優(yōu)點。
文檔編號H01G9/035GK101694813SQ20091014512
公開日2010年4月14日 申請日期2009年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月30日
發(fā)明者戴松元, 潘旭, 王猛, 蔡墨朗, 郭磊 申請人:中國科學(xué)院等離子體物理研究所;