專利名稱：：一種電解質(zhì)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種具有高電導率、低成本的電解質(zhì)，以及該電解質(zhì)的制備方法。本發(fā)明還涉及上述電解質(zhì)在染料敏化太陽能電池和其他能量轉(zhuǎn)化器件、能量儲存器件和傳感器件中的應用。
背景技術(shù)：
：目前，因化石資源的制約以及它的大量消費引起的深刻的環(huán)境和能源問題，如地球變暖、環(huán)境惡化等等，直接影響了人類的生存和生活質(zhì)量，人類迫切需要開發(fā)綠色、安全的新能源。能源問題的解決途徑之一是利用太陽能。在一年間，到達地球表面的太陽能是巨大的，它相當于人類年消耗能量的10,000倍之多。染料敏化太陽能電池是二十世紀九十年代發(fā)展起來的一種新型光伏發(fā)電技術(shù)，具有不同于常規(guī)太陽能電池的全新的設(shè)計原理和機制。尤其重要的是這種新型太陽能電池制備工藝簡單、材料便宜，在低成本、低價格方面有突出的優(yōu)勢，在發(fā)展低成本、高效潔凈能源方面有很強的實用前景。目前，用于染料敏化太陽能電池的電解質(zhì)是由碘化物、碘、有機溶劑和添加劑組成。其中應用的硪化物主要分為有機硤化物和無機硤化物兩類。無機碘化物，如LiI，雖然效率高，但其價格較高，對空氣敏感，不易操作。而有機碘化物雖然在空氣中穩(wěn)定，但成本高，不利于大面積應用。因此，研究低成本、高效率、穩(wěn)定性好的有機碘化物是染料敏化太陽電池用電解質(zhì)的發(fā)展趨勢之一。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種新的有機電解質(zhì)，其包含在一種或多種有機溶劑中的含氮雜環(huán)化合物、碘單質(zhì)和酮。所述的氮雜環(huán)化合物為任選的一種或多種氮雜環(huán)化合物，非限制性的包括吡啶，4-叔丁基吡梵，咪唑，甲基咪唑等。所述的酮為任選的一種或多種酮類化合物，非限制性的包括乙酰丙酮，丙酮，苯乙酮，戊酮等。所述的有機溶劑為任選的一種或多種有機溶劑，非限制性的包括乙腈、甲氧基丙腈、丙酮、乙醇等。本發(fā)明的另一個目的是提供一種有機電解質(zhì)的低成本制備方法，這種電解質(zhì)的制備方法的特征在于，將一定量的碘、氮雜環(huán)化合物和酮加入到有機溶劑中，并攪拌使其溶解。再靜置一段時間(例如3小時)使之充分反應。這種電解質(zhì)的制備可以節(jié)約成本、方便生產(chǎn)，有利于染料敏化太陽能電池的廣泛應用。此類電解質(zhì)的特點在于使用有機物在溶劑中直接反應生成有機碘化物，并且反應后的溶液可以直接用作電解質(zhì)。本發(fā)明的原理基于如下的反應方程式2R-Py+I2+AC—[R-Py+-AC]I一+[R-PyH]+I-。其中R-Py代表本專利所述的含氮六元雜環(huán)化合物，AC為所述的酮，12為碘單質(zhì)。本發(fā)明的優(yōu)點在于1)所需原料成本低，制作過程簡便易行、容易控制。2)采用了一種新的季銨化途徑，不同于以往使用碘代烷的季銨化途徑。3)合成的電解質(zhì)具有高電導率，可以獲得很高的效率。4)本發(fā)明提供了一種制備工藝簡單、成本低和適于大規(guī)模生產(chǎn)的方法。具體實施例方式在具體描述本發(fā)明的具體實施方式'之前，首先介紹本發(fā)明所采用的測量電池的測量方法染料敏化納米晶薄膜太陽電池使用本領(lǐng)域中技術(shù)人員公知的方法制備，例如，并不限于，使用在文獻"ConversionofLighttoElectricitybyds-X2bis(2，2，國bipyridyl-4,4'-dicarboxylate)ruthenium(II)Charge-TransferSensitizers(X=CI陽，Br-,r,CIST,andSGN')onNanocrystallineTiO2Electrodes"(GrStzelM等人,J.Am.Chem.Soc.,1993，115(14):6352-6390)中介紹的方法制備玻璃基底電池所需要的染料敏化光陽極和鍍鉑對電極。采用本發(fā)明所涉及的電解質(zhì)，并組裝成電池進行測量。上述文獻在這里以其全文引入作為參考。電池的光電性能用計算機控制的恒電位/恒電流儀(PrincetonAppliedResearch,Model263A)在室溫下測量。光源使用500W氱燈，入射光強為100mw/cm2,光照面積為0.15cm2。除非另有說明，以下各實施例中的本發(fā)明光電性能的測量都是在室溫(25°C)下進行的。實施例1、配制溶液濃度為0.1M-0.4M乙酰丙酮、1M-2.6M吡咬和0.1-0.4M硤的曱氧基丙腈溶液，攪拌溶解，靜置3個小時使之充分反應。將反應后的溶液直接用于電解質(zhì)，并與鍍鉑導電玻璃片對電極和染料敏化光陽極組合形成染料敏化太陽能電池，電池的光電化學性能測試結(jié)果見表I。根據(jù)該表I,可以看出在曱氧基丙腈溶液中，乙酰丙酮濃度為0.1M-0.4M、吡咬濃度為1M-2.6M、碘濃度為0.2-0.4M時，基于該電解質(zhì)的納米晶染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率可達到4.5%以上。表I:<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實施例2、配制溶液濃度為0.1M-0.4M乙酰丙酮、1M-2.6M吡啶和0.1-0.4M碘的乙醇溶液，攪拌溶解，靜置3個小時使之充分反應。將反應后的溶液直接用于電解質(zhì)，并與鍍鉑導電玻璃片對電極和染料敏化光陽極組合形成染料敏化太陽能電池，電池的光電化學性能測試結(jié)果見表II。根據(jù)該表n,可以看出在乙醇溶液中，乙酰丙酮濃度為0.1M-0.4M、吡咬濃度為1M-2,6M、碘濃度為0.2-0.4M時，基于該電解質(zhì)的納米晶染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率可達到4.5%以上。表II:<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實施例3、配制溶液濃度為0.1M-0.4M丙酮、1M-2.6M吡，定和0.1-0.4M石典的甲氧基丙腈溶液，攪拌溶解，靜置3個小時使之充分反應。.將反應后的溶液直接用于電解質(zhì)，并與鍍鉑導電玻璃片對電極和染料敏化光陽極組合形成染料敏化太陽能電池，電池的光電化學性能測試結(jié)果見表III。根據(jù)該表III,可以看出在曱氧基丙腈溶液中，丙酮濃度為0.1M-0.4M、吡咬濃度為1M-2.6M、碘濃度為0.2-0.4M時，基于該電解質(zhì)的納米晶染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率可達4.5%以上。表III:<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實施例4、配制溶液濃度為0.1M-0.4M乙酰丙酮、1M-2.6M曱基咪唑和0.1-0.4M碘的曱氧基丙腈溶液，攪拌溶解，靜置3個小時使之充分反應。將反應后的溶液直接用于電解質(zhì)，并與鍍鉑導電玻璃片對電極和染料敏化光陽極組合形成染料敏化太陽能電池，電池的光電化學性能測試結(jié)果見表IV。根據(jù)該表IV,可以看出在曱氧基丙腈溶液中，乙酰丙酮濃度為0.1M-0.4M、甲基咪唑濃度為1M-2.6M、碘濃度為0.1-0.4M時，基于該電解質(zhì)的納米晶染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率可達4.5%以上。表IV:<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>本發(fā)明通過上面的實施例進行舉例說明，但是，應當理解，本發(fā)明并不限于這里所描述的特殊實例和實施方案。在這里包含這些特殊實例和實施方案的目的在于幫助本領(lǐng)域中的技術(shù)人員實踐本發(fā)明。任何本領(lǐng)域中的技術(shù)人員很容易在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下進行進一步的改進和完善，因此本發(fā)明只受到本發(fā)明權(quán)利要求的內(nèi)容和范圍的限制，其意圖涵蓋所有包括在由附錄權(quán)利要求所限定的本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的備選方案和等同方案。權(quán)利要求1.一種有機電解質(zhì)，其包含在一種或多種有機溶劑中的含氮雜環(huán)化合物、碘單質(zhì)和酮。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機電解質(zhì)，其中所述的含氮雜環(huán)化合物選自吡啶、4-叔丁基吡啶、咪唑、甲基咪唑中的一種或多種的混合物。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機電解質(zhì)，其中所述的酮選自乙酰丙酮、丙酮、苯乙酮、戊酮中的一種或多種的混合物。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機電解質(zhì)，其中所述有機溶劑選自乙腈、甲氧基丙腈、丙酮、乙醇中的一種或多種的混合物。5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的有機電解質(zhì)，其中所述的含氮雜環(huán)化合物的濃度為1M-2.6M,所述碘的濃度為0.1-0.4M,所述酮的濃度為0.1M-0.4M。6.電解質(zhì)的一種制備方法，其特征在于，將碘、氮雜環(huán)化合物和酮加入到有機溶劑中，并攪拌溶解，使其充分反應。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電解質(zhì)的制備方法，其中所述的含氮雜環(huán)化合物選自吡咬、44又丁基吡咬、咪唑、曱基咪唑及其混合物。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電解質(zhì)的制備方法，其中所述的酮選自乙酰丙酮、丙酮、苯乙酮、戊酮中的一種或多種的混合物。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電解質(zhì)的制備方法，其中所述有機溶劑選自乙腈、曱氧基丙腈、丙酮、乙醇中的一種或多種的混合物。10.根據(jù)權(quán)利要求6-9之一所述的電解質(zhì)的制備方法，其中所述的含氮雜環(huán)化合物的濃度為1M-2.6M，所述碘的濃度為0.1-0.4M,所述酮的濃度為0.1M-0.4M。11.一種采用權(quán)利要求1-5之一的電解質(zhì)的太陽能電池。全文摘要本發(fā)明涉及一種新型有機電解質(zhì)及其制備方法，其特征在于使用含氮雜環(huán)化合物、碘單質(zhì)和酮之間在有機溶劑中的季銨化反應來制備電解質(zhì)。這種電解質(zhì)可以應用于染料敏化太陽電池以及其他能量轉(zhuǎn)化器件、能量儲存器件和傳感器件。文檔編號H01L51/46GK101295766SQ20071009893公開日2008年10月29日申請日期2007年4月29日優(yōu)先權(quán)日2007年4月29日發(fā)明者劉喜哲,孟慶波,李冬梅,達秦,羅艷紅申請人:中國科學院物理研究所