专利名称：用于染料敏化电池的电解质及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种染料敏化太阳能电池，具体说，是涉及一种用于染料敏化太阳能电池的电解质及其制备方法。
背景技术：
染料敏化电池中，由于液体电解质扩散速率快，电池的光电转换效率高，组成成分易于设计和调节，对纳米多孔膜的渗透性好而一直被广泛研究和使
用。1991年，M. Gi^tzel教授在染料敏化电池领域获得了突破性进展，光电转换效率大大提高，目前转换效率己经超过11%。使用液体电解质后的染料敏化电池，虽然转换效率较高，但是组装电池时不易密封，而且还存在着因有机溶剂易挥发和电解质易泄漏而造成电池在染料敏化电池的长期工作过程中性能下降，从而会縮短了太阳电池的使用寿命，因此较难实现大规模的产业化应用。
固体电解质可以很好的解决染料敏化电池的封装难题，但是目前文献报道的使用固体电解质的染料敏化电池的光电转换效率很低。如何解决固体电解质的传输速率，以及半导体和纳米二氧化钛半导体膜的界面接触问题，提高固体电解质染料敏化电池的光电转换效率是个难题。
因此，制备一类新型的电解质，要求既能具有液体电解质染料敏化电池高转换效率，又能具有固体电解质染料敏化电池易封装效果成为一种现实需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于染料敏化电池的电解质及其制备方法，既具有固体电解质的特征，可以解决染料敏化电池封装时液体电解质容易泄露的问题，又具有液体电解质的特征，实现实际使用时染料敏化电池的高光电转换效率。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下
一种用于染料敏化电池的电解质，所述电解质是包括液体电解质和介孔材料，所述液体电解质吸附于所述介孔材料中。
所述液体电解质是碘化锂，碘和乙腈，异丙醇混合物。
所述介孔材料是介孔二氧化硅MCM-41，也可以是介孔二氧化钛或多孔氧化锌。
一种用于染料敏化电池的电解质的制备方法，其特征在于，包括如下步
骤
(1) 将碘化锂，碘和乙腈，异丙醇混合均匀，得到液体电解质；
(2) 将介孔材料浸渍于上述液体电解质中，使液体电解质吸附于介孔材料的有序孔道内；
(3) 从液体电解质中取出介孔材料，滤干，得到所需的电解质。一种染料敏化电池的制备方法，包括如下步骤
(1) 导电玻璃上涂敷一层二氧化钛薄膜，烧结后获得二氧化钛光阳极；
(2) 将所述二氧化钛光阳极浸渍于染料中，清洗后得到染料敏化的光阳极，对电极使用铂金(Pt)对电极；
(3) 将前述的电解质涂敷在敏化光阳极和Pt对电极之间，形成一个夹
层结构，经过封装得到染料敏化电池。
所述染料为含钌的红染料(N3)，黑染料(Black Dye)，也可以是不含钌的有机染料。
应用本发明的技术方案，所得到的电解质，既可以解决封装难题，又可以获得较高的光电转换效率。将这类电解质应用于染料敏化电池后，就可以很好的解决液体电解质容易挥发、容易泄露的问题，降低有机溶剂挥发对环境的污染，可以很好的解决电池的封装难题，这样就可以延长电池的寿命，增加电池的稳定性。同时，由于在实际染料敏化过程中实现氧化还原过程的是液体电解质，因此，其制备得到的电池光电转换效率比纯粹的固体电解质染料敏化电池的要大大提高，这类使用电解质后的染料敏化电池有可能最终实现产业化。
具体实施例方式
染料敏化电池中，液体电解质体系主要由三个部分组成氧化还原电对，有机添加剂，有机溶剂。电解质中的溶质主要是由具有可逆性好的氧化还原
电对组成， 一般含有r和i,等，如碘化锂、碘等。电解质在电池中的主要作
用是起氧化还原作用，并起到电子传输作用。
介孔材料是一种孔径介于微孔与大孔之间的具有巨大表面积和三维孔道结构的新型材料，它为解决染料敏化电池液体电解质的封装难题提供了一个很好的载体。介孔材料的研究和开发对于理论研究和实际生产都具有重要意
义，它具有很多的优异特性具有高度有序的孔道结构；孔径单一分布，且孔径尺寸可在较宽范围变化；介孔形状多样，孔壁组成和性质可调控；通过优化合成条件可以得到高热稳定性和水热稳定性。有序介孔材料的物化性能独特，表现在比表面积非常大， 一般大于100m7g;其孔径变化在2 50nm之间。优势在于其具有可调变的纳米级规则有序的孔道结构和可调变的表面性质等，不但可以通过调节组装条件(如组装时间、浓度以及介孔材料的各项参数等)来调节组装量，而且还可以通过对介孔材料的孔径、形貌、孔道结构、表面性质的调节有效的控制液体电解质在孔内的含量。利用介孔材料规整的纳米孔道作为"微型容器"承载液体电解质，形成一种"主客体"结构的材料，具有特别的优势。
本发明通过将介孔材料浸潢于液体电解质中，由于介孔材料巨大的比表面积，可以大量吸附液体电解质，从根本上解决了染料敏化电池领域使用液体电解质的难封装和使用固体电解质的低光电转换效率的问题，无机介孔材料还可以提高热稳定性。所制备的这类电解质同时具有固体电解质特有的易封装和液体电解质制备的染料敏化电池的高转换效率的优点，同时制备工艺非常简单。
本发明所说的电解质的制备方法很简单，主要是按下列步骤进行-制备液体电解质，液体电解质的成分是LiI， 12，乙腈，异丙醇。氧化还原电对(1713—)溶液的配制:控制r和13—摩尔浓度为0. 1-1. 0摩尔/升和0.01-0. l摩尔/升，其中乙腈所占的体积分数为80%，异丙醇所占的体积分数为20%。通过搅拌，使氧化-还原电对(1713—)溶解于溶剂中，得到混
6合均匀的电解质溶液。
将介孔材料浸渍于上述电解质中， 一般较好的吸附效果是100ml上述液体电解质中加入O. l-0.5g左右的介孔材料，浸渍时间2-48小时，利用介孔材料的有序孔道作为"容器"，吸附液体电解质于"容器"中。为了提高效率，还可加以超声波振荡等手段，让液体电解质更多的进入介孔材料的有序孔道内。
从液体电解质中取出介孔材料，滤干，即可得到本发明的用于染料敏化电池的电解质，其中液体电解质是碘化锂，碘和乙腈，异丙醇混合物，氧化还原电对为碘化锂/碘。介孔材料可以是介孔二氧化硅，介孔二氧化钛，多孔氧化锌等。
将本发明的电解质应用于染料敏化电池中，即可得到本发明的染料敏化电池，染料敏化电池的制备方法包括如下步骤
(1) 导电玻璃上涂敷一层二氧化钛薄膜，烧结后获得二氧化钛光阳极；
(2) 将所述二氧化钛光阳极浸渍于染料中，清洗后得到染料敏化的光阳极，对电极使用铂金(Pt)对电极；
(3) 将按本发明制备的电解质涂敷在敏化光阳极和Pt对电极之间，形
成一个夹层结构，经过封装得到染料敏化电池。所述染料为含钌的红染料(N3)，黑染料(Black Dye)，也可以是不含钌的有机染料，如吲哚类、香豆素类、酞菁类、卟啉类等。下面将合实施例进一步阐明本发明的内容
实施例1
配制液体电解质，控制好浓度，碘化锂(Lil) 0.5 mol/L，碘(12)。0.05mol/L。乙腈的体积分数为80%，异丙醇体积分数为20%。
将具有巨大比表面积的介孔材料二氧化硅浸渍于上述液体电解质中，利用介孔材料的有序孔道作为"容器"，吸附液体电解质于"容器"中，得到了所要制备的电解质，浸渍吸附时间为6-24小时。从液体电解质中取出介孔材料，滤干，即可得到要制备的电解质。
一种使用电解质染料敏化电池的组装
在导电玻璃上涂覆一层二氧化钛薄膜，通过烧结制备得到二氧化钛光阳极，二氧化钛的厚度约为10-20微米。将二氧化钛光阳极浸渍于黑染料中，
清洗后得到染料敏化的光阳极，将得到的电解质涂敷在染料敏化的光阳极上，盖上对电极，形成一个夹层结构，经过热压封装得到染料敏化电池。对电极使用Pt对电极。
实施例2
配制液体电解质，控制好浓度，碘化锂(Lil) 0.5 mol/L，碘(12)。0.05mol/L。乙腈的体积分数为80%，异丙醇体积分数为20%。
将介孔材料二氧化钛浸渍于上述液体电解质中，利用介孔材料的有序孔道作为"容器"，吸附液体电解质于"容器"中，得到了所要制备的电解质。由于多孔二氧化钛的比表面积小于介孔二氧化硅，因此，所需浸渍的时间应适当延长， 一般为24-48小时，将液体放在烧瓶中，外接医用真空泵，吸出多孔材料孔道的空气，把液体电解质能完全吸附于介孔二氧化钛中。从液体电解质中取出介孔材料，滤干，即可得到要制备的电解质。
一种使用电解质染料敏化电池的组装
在导电玻璃上涂覆一层二氧化钛薄膜，通过烧结制备得到二氧化钛光阳极，二氧化钛的厚度约为10-20微米。将二氧化钛光阳极浸渍于黑染料中，清洗后得到染料敏化的光阳极，将得到的电解质涂敷在染料敏化的光阳极上，盖上对电极，形成一个夹层的结构，经过热压封装得到染料敏化电池。对电极使用Pt对电极。
实施例3
配制液体电解质，控制好浓度，碘化锂(Lil) 0.5 mol/L，碘(12)。0.05mol/L。乙腈的体积分数为80%，异丙醇体积分数为20%。
将介孔材料二氧化硅浸渍于上述液体电解质中，利用介孔材料的有序孔道作为"容器"，吸附液体电解质于"容器"中，吸附时间为6-24小时。并进行超声波振荡，让液体电解质更多的进入介孔材料的有序孔道内，从液体电解质中取出介孔材料，滤干，即可得到要制备的电解质。
一种使用电解质染料敏化电池的组装在导电玻璃上涂覆一层二氧化钛薄膜，通过烧结制备得到二氧化钛光阳
极，二氧化钛的厚度约为10-20微米。将二氧化钛光阳极浸渍于锌卟啉(Zn-porphyrins)染料中，清洗后得到染料敏化的光阳极，将得到的电解质涂敷 在染料敏化的光阳极上，盖上对电极，形成一个夹层结构，经过热压封装得 到染料敏化电池。对电极使用Pt对电极。由于使用了不含钌的染料，虽然效 率有所降低，但是可以大大降低成本，具有环保的优势。
本发明所述的电解质的制备方法，工艺非常简单，所制备得到的电解质 具有实用性强的优点。介孔材料的加入，可以提高最后电解质体系的热稳定 性，解决液体电解质不易封装的难题。同时，由于真正起到氧化-还原过程的 是液体电解质，且介孔材料具有非常大的比表面积，可以吸附大量的液体电 解质，用于染料敏化电池后，不会降低太阳电池的光电转换效率，因此，光 电转换效率较高。这类电解质用于染料敏化电池，可以同时很好的解决染料 敏化电池使用液体电解质的封装难题和染料敏化电池使用固体电解质转换效 率低的难题。
权利要求
1. 一种用于染料敏化电池的电解质，其特征在于，包括液体电解质和介孔材料，所述液体电解质吸附于所述介孔材料中。
2. 根据权利要求1所述的用于染料敏化电池的电解质，其特征在于，所述介孔材料是介孔二氧化硅。
3. 根据权利要求1所述的用于染料敏化电池的电解质，其特征在于，所 述介孔材料是介孔二氧化钛。
4. 根据权利要求1所述的用于染料敏化电池的电解质，其特征在于，所 述介孔材料是多孔氧化锌。
5. 根据权利要求1至4任一项权利要求所述的用于染料敏化电池的电解质，其特征在于，所述液体电解质是碘化锂，碘和乙腈，异丙醇混合物。
6. 根据权利要求5所述的用于染料敏化电池的电解质，其特征在于，所 述液体电解质中I—和13—摩尔浓度为0. 1-1. 0摩尔/升和0. 01-0. 1摩尔/升， 且其中乙腈所占的体积分数为80%，异丙醇所占的体积分数为20%。
7. —种用于染料敏化电池电解质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤(1) 配制液体电解质；(2) 将介孔材料浸渍于上述液体电解质中，使液体电解质吸附于介孔材 料的有序孔道内；(3) 从液体电解质中取出介孔材料，滤干，得到所需的电解质。
8. 根据权利要求7所述的用于染料敏化电池的电解质的制备方法，其特 征在于，所述配制液体电解质，包括如下步骤控制I—和13—摩尔浓度为 0.1-1.0摩尔/升和0.01-0. l摩尔/升，其中乙腈所占的体积分数为80%，异 丙醇所占的体积分数为20%。通过搅拌，使氧化-还原电对1713—溶解于溶剂 中，得到混合均匀电解质溶液。
9. 根据权利要求7所述的用于染料敏化电池的电解质的制备方法，其 特征在于所述介孔材料是介孔二氧化硅MCM-41 。
10. 根据权利要求7所述的用于染料敏化电池的电解质的制备方法，其特征在于所述介孔材料是介孔二氧化钛。
11. 根据权利要求7所述的用于染料敏化电池的电解质的制备方法，其 特征在于所述介孔材料是多孔氧化锌。
12. 根据权利要求7-11任一项权利要求所述的用于染料敏化电池的电 解质的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，介孔材料与所述液体电解 质的比例为0. lg/100 ml至0. 5g/100 ml。
13. 根据权利要求7-11任一项权利要求所述的用于染料敏化电池的电 解质的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，将介孔材料浸渍所述液体 电解质的时间为2-48小时。
14. 根据权利要求13所述的用于染料敏化电池的电解质的制备方法，其 特征在于，所述步骤(2)中，还包括对所述液体电解质进行超声振荡。
15. —种染料敏化电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤(1) 导电玻璃上涂敷一层二氧化钛薄膜，烧结后获得二氧化钛光阳极，(2) 将所述二氧化钛光阳极浸渍于染料中，清洗后得到染料敏化的光阳 极，对电极使用铂金(Pt)对电极，(3) 将权利要求1所述的电解质涂敷在敏化光阳极和Pt对电极之间， 形成一个夹层结构，经过封装得到染料敏化电池。
16. 根据权利要求15所述的染料敏化电池的制备方法，其特征在于， 所述染料为含钌的红染料。
17. 根据权利要求15所述的染料敏化电池的制备方法，其特征在于，所 述染料为含钌的黑染料。
18. 根据权利要求15所述的染料敏化电池的制备方法，其特征在于，所 述染料是不含钌的有机染料。
全文摘要
一种用于染料敏化电池的电解质及其制备方法，将介孔材料浸渍于液体电解质中，液体电解质被吸附于介孔材料的有序孔道内，将介孔材料取出后，即获得用于染料敏化电池的电解质。本发明的用于染料敏化电池的这类电解质，原料易得，制备过程简单，所制备的电解质可以有效解决染料敏化电池的封装问题，同时具有理想的光电转换效率，在染料敏化电池领域具有很好的应用前景。
文档编号H01G9/20GK101483105SQ20081020787
公开日2009年7月15日 申请日期2008年12月26日 优先权日2008年12月26日
发明者健 包, 芃 夏, 孙明达, 范振华, 范继良, 郑飞璠 申请人:上海拓引数码技术有限公司