專利名稱：形成離子液體結(jié)晶體系的染料敏化太陽能電池的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新型離子液體自組裝成為雙分子層結(jié)構(gòu)，特別涉及形成離子液體結(jié)晶
體系的染料敏化太陽能電池的制備方法。
背景技術(shù)：
通常，太陽能電池是用于將太陽光轉(zhuǎn)化為電能的光伏元件。與其它能源不同，太陽 能電池可不受限制地使用，對(duì)環(huán)境友好，并因此被期望逐漸成為日益重要的能源。特別地， 期望太陽能電池不僅能使用太陽光充電，而且可安裝在各種便攜式信息裝置上如便攜式計(jì) 算機(jī)、移動(dòng)電話、個(gè)人便攜式終端等。 常規(guī)地，由單晶或多晶硅制成的硅太陽能電池已被主要地應(yīng)用。然而，硅太陽能電 池由于需要使用大型而昂貴的設(shè)備，并從而制造成本高，因而存在缺陷。此外，由太陽能轉(zhuǎn) 電能轉(zhuǎn)化效率增加的能力受到限制。因此，需要新的替代物。 該硅太陽能電池的替代物為由可廉價(jià)制造的有機(jī)材料構(gòu)成的太陽能電池。特別 地，考慮具有極低制造成本的染料敏化太陽能電池。該染料敏化太陽能電池由于其使用透 明電極，它可應(yīng)用于建筑物或玻璃溫室的外部玻璃墻。 染料敏化太陽能電池是一種光電化學(xué)太陽能電池，其包含由具有吸附于其上的染 料顆粒的金屬氧化物納米顆粒構(gòu)成的光電極、對(duì)電極和裝載在該兩個(gè)電極之間的氧化還原 電解質(zhì)。所述光電極由透明導(dǎo)電基底、含有金屬氧化物的金屬氧化物層和染料組成。
當(dāng)太陽光入射到該太陽能電池上時(shí)，光子首先被染料吸收。當(dāng)染料吸收太陽光時(shí)， 其轉(zhuǎn)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，如此使得電子轉(zhuǎn)移至金屬洋貨物的導(dǎo)帶，空穴轉(zhuǎn)移至電解質(zhì)層。將電子傳 輸至該電極上，然后流向外電路以傳輸電能，之后它們以較低能態(tài)轉(zhuǎn)移至對(duì)電極，在那里耗 盡所傳輸?shù)哪芰俊?盡管使用有機(jī)溶劑電解質(zhì)的常規(guī)染料敏化太陽能電池具有高能量轉(zhuǎn)換效率，但因 電解質(zhì)滲漏和有機(jī)溶劑蒸發(fā)，其性能隨著時(shí)間惡化。該不穩(wěn)定性是由于有機(jī)溶劑的使用。從 而，這類太陽能電池很難商業(yè)化。已進(jìn)行多種嘗試以防止電解質(zhì)滲漏。特別地，已經(jīng)開發(fā)了 使用離子液體電解質(zhì)的染料敏化太陽能電池，所述離子液體電解質(zhì)具有不揮發(fā)、不可燃、熱 容量大、熱穩(wěn)定性好、離子電導(dǎo)率高、分解電壓高等諸多優(yōu)點(diǎn)，能夠提高太陽能電池的穩(wěn)定 性和耐久性。 但是離子液體電解質(zhì)粘度過大，不能很好地滲透到金屬氧化物層中去，故基于離 子液體電解質(zhì)的染料敏化太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率始終不如基于低黏度的有機(jī)溶劑電解 質(zhì)的染料敏化太陽能電池效率高。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決離子液體電解質(zhì)的染料敏化太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率低，本發(fā)明提供一 種形成離子液體結(jié)晶體系的染料敏化太陽能電池的制備方法，通過給氧化還原電對(duì)創(chuàng)造出 一條新的擴(kuò)散途徑來提高它們的擴(kuò)散系數(shù)，進(jìn)而提高電池光電轉(zhuǎn)換效率。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的 首先制備硫氰酸-l-甲基-3-十二烷基咪唑鹽 將80 100ml的N_甲基咪唑和150 180ml的氯化正十二烷加入到500ml三 口瓶中，接通回流裝置，并在回流裝置上接干燥管，然后放入油浴鍋中中反應(yīng)，油浴溫度為 70 80。C，穩(wěn)定10 30min后升溫，控制油浴溫度為100 ll(TC，回流60 80h后停止 加熱； 將裝有油狀液體的錐行瓶放到真空烘箱中，控制溫度在12(TC除去剩余的氯化正 十二烷，時(shí)間是10 16小時(shí)，最后得到淺黃色油狀的硫氰酸-1-甲基_3-十二烷基咪唑 制備1-甲基-3_十二烷基咪唑碘 將80 100ml的N_甲基咪唑和150 180ml的碘代正十二烷加入到500ml三 口瓶中，接通回流裝置，并在回流裝置上接干燥管，然后放入油浴鍋中中反應(yīng)，油浴溫度為 70 80。C，穩(wěn)定10 30min后升溫，控制油浴溫度為100 110。C，回流60 80h后停止 加熱； 將裝有油狀液體的錐行瓶放到真空烘箱中，控制溫度在12(TC除去剩余的碘代正 十二烷，時(shí)間是10 16小時(shí)，最后得到油狀的1-甲基-3-十二烷基咪唑碘；
將上述得到的硫氰酸-1-甲基-3-十二烷基咪唑鹽和1-甲基-3-十二烷基咪唑 碘按l : l體積比混合來制備均勻溶液，然后向該溶液加入O. 1 0. 15摩爾/升的碘化 鋰、0. 15 0. 35摩爾/升的碘和0. 45 0. 55摩爾/升的4-叔丁基妣啶TBP配成離子液 體電解質(zhì)，接著，將氧化鈦Ti02導(dǎo)電材料涂覆在氟摻雜的氧化錫導(dǎo)電玻璃基底上，從而形成 透明電極，然后將該電極浸入在l : l體積比的乙醇和乙睛的溶劑混合物中制備的0.3mmo1 的N719染料溶液中32 48小時(shí)，使得染料吸附于其上，染料吸附后，在該電極上施加由鉑 材料構(gòu)成的對(duì)電極，然后將離子液體電解質(zhì)注入所述兩個(gè)電極之間，然后升溫至8(TC保持 5分鐘，維持該電解質(zhì)完全滲透，并隨后降至室溫，封裝得到的產(chǎn)物為染料敏化太陽能電池。
本發(fā)明提供含有離子液體電解質(zhì)的染料敏化太陽能電池，其中將兩種類型的離子 液體混合在一起作為溶劑，其然后產(chǎn)生構(gòu)成所述離子液體電解質(zhì)。該染料敏化太陽能電池 由此表現(xiàn)出穩(wěn)定性和耐久性、高能量轉(zhuǎn)換效率，并且本發(fā)明提供方便的制造方法。本發(fā)明提 供包含光電極、對(duì)電極和在所述光電極與對(duì)電極之間的電解質(zhì)層的染料敏化太陽能電池。 本發(fā)明提出的制備離子液體的方法工藝簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件溫和、成本低，有利于大規(guī)模的工業(yè) 生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式
下面通過實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明的實(shí)施方式。 我們發(fā)現(xiàn)一系列咪唑鹽由于其存在相互交錯(cuò)的烷基鏈，可以自組裝成雙分子層結(jié)
構(gòu)，形成了具有近晶相SA的離子液體結(jié)晶體系，由于離子在SA水平的方向上離子電導(dǎo)率高，
故可將I—3和I—定位在SA雙分子層的水平方向上，形成一個(gè)二維的電子傳輸通道。將這種離 子液體與12混合作為DSC用電解質(zhì)，開路電壓和電流密度都比非結(jié)晶離子液體體系的DSC 高。該工作也為DSC用離子液體的研究開辟了新的路徑。
其中一系列咪唑鹽結(jié)構(gòu)通式為<formula>formula see original document page 5</formula> R選自C10 C2。烷基，X選自無機(jī)陰離子如I—、 Br—、 Cl—、 BF4—、 PF6—、 SCN—、 (CF3S02) N—、CF3S03—、N(CN) 2—等。 硫氰酸-1-甲基-3-十二烷基咪唑鹽的合成 如在以下反應(yīng)1過程所示的，合成硫氰酸-1-甲基_3-十二烷基咪唑鹽。 〔反應(yīng)l〕<formula>formula see original document page 5</formula> 將80 100ml的N_甲基咪唑和150 180ml的氯化正十二烷加入到500ml三 口瓶中，接通回流裝置，并在回流裝置上接干燥管，然后放入油浴鍋中中反應(yīng)，油浴溫度為 70 80。C，穩(wěn)定10 30min后升溫，控制油浴溫度為100 ll(TC，回流60 80h后停止 加熱； 將裝有油狀液體的錐行瓶放到真空烘箱中，控制溫度在12(TC除去剩余的氯化正 十二烷，時(shí)間是10 16小時(shí)，最后得到淺黃色油狀的硫氰酸-l-甲基-3-十二烷基咪唑鹽。
1-甲基-3-十二烷基咪唑碘的合成 如在以下反應(yīng)2過程所示的，合成硫氰酸-1_甲基-3-十二烷基咪唑鹽。 〔反應(yīng)2〕 將80 100ml的N_甲基咪唑和150 180ml的碘代正十二烷加入到500ml三 口瓶中，接通回流裝置，并在回流裝置上接干燥管，然后放入油浴鍋中中反應(yīng)，油浴溫度為 70 80。C，穩(wěn)定10 30min后升溫，控制油浴溫度為100 ll(TC，回流60 80h后停止 加熱； 將裝有油狀液體的錐行瓶放到真空烘箱中，控制溫度在12(TC除去剩余的碘代正 十二烷，時(shí)間是10 16小時(shí)，最后得到油狀的1-甲基-3-十二烷基咪唑碘。
實(shí)施例染料敏化太陽能電池的制造 將上述得到的硫氰酸-l-甲基-3-十二烷基咪唑鹽(制備實(shí)施例1)和1-甲 基-3-十二烷基咪唑碘(制備實(shí)施例2)按l : l體積比混合來制備均勻溶液，然后向該溶 液加入0. 1 0. 15摩爾/升的碘化鋰、0. 15 0. 35摩爾/升的碘和0. 45 0. 55摩爾/ 升的4-叔丁基吡啶(TBP)配成離子液體電解質(zhì)。接著，將氧化鈦(Ti02)導(dǎo)電材料涂覆在氟摻雜的氧化錫導(dǎo)電玻璃基底上，從而形成透明電極。然后將該電極浸入在i : i體積比的
乙醇和乙睛的溶劑混合物中制備的O. 3mmo1的染料溶液(N719，可得自Solaronix)中32 48小時(shí)，使得染料吸附于其上。染料吸附后，在該電極上施加由鉑材料構(gòu)成的對(duì)電極。然后 將離子液體電解質(zhì)注入所述兩個(gè)電極之間，然后升溫至8(TC保持5分鐘，維持該電解質(zhì)完 全滲透，并隨后降至室溫，封裝得到的產(chǎn)物為染料敏化太陽能電池。
權(quán)利要求
形成離子液體結(jié)晶體系的染料敏化太陽能電池的制備方法，其特征在于，包括以下步驟首先制備硫氰酸-1-甲基-3-十二烷基咪唑鹽將80～100ml的N-甲基咪唑和150～180ml的氯化正十二烷加入到500ml三口瓶中，接通回流裝置，并在回流裝置上接干燥管，然后放入油浴鍋中中反應(yīng)，油浴溫度為70～80℃，穩(wěn)定10～30min后升溫，控制油浴溫度為100～110℃，回流60～80h后停止加熱；將裝有油狀液體的錐行瓶放到真空烘箱中，控制溫度在120℃除去剩余的氯化正十二烷，時(shí)間是10～16小時(shí)，最后得到淺黃色油狀的硫氰酸-1-甲基-3-十二烷基咪唑鹽；制備1-甲基-3-十二烷基咪唑碘將80～100ml的N-甲基咪唑和150～180ml的碘代正十二烷加入到500ml三口瓶中，接通回流裝置，并在回流裝置上接干燥管，然后放入油浴鍋中中反應(yīng)，油浴溫度為70～80℃，穩(wěn)定10～30min后升溫，控制油浴溫度為100～110℃，回流60～80h后停止加熱；將裝有油狀液體的錐行瓶放到真空烘箱中，控制溫度在120℃除去剩余的碘代正十二烷，時(shí)間是10～16小時(shí)，最后得到油狀的1-甲基-3-十二烷基咪唑碘；將上述得到的硫氰酸-1-甲基-3-十二烷基咪唑鹽和1-甲基-3-十二烷基咪唑碘按1∶1體積比混合來制備均勻溶液，然后向該溶液加入0.1～0.15摩爾/升的碘化鋰、0.15～0.35摩爾/升的碘和0.45～0.55摩爾/升的4-叔丁基吡啶TBP配成離子液體電解質(zhì)，接著，將氧化鈦TiO2導(dǎo)電材料涂覆在氟摻雜的氧化錫導(dǎo)電玻璃基底上，從而形成透明電極，然后將該電極浸入在1∶1體積比的乙醇和乙睛的溶劑混合物中制備的0.3mmo1的N719染料溶液中32～48小時(shí)，使得染料吸附于其上，染料吸附后，在該電極上施加由鉑材料構(gòu)成的對(duì)電極，然后將離子液體電解質(zhì)注入所述兩個(gè)電極之間，然后升溫至80℃保持5分鐘，維持該電解質(zhì)完全滲透，并隨后降至室溫，封裝得到的產(chǎn)物為染料敏化太陽能電池。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種形成離子液體結(jié)晶體系的染料敏化太陽能電池的制備方法，硫氰酸-1-甲基-3-十二烷基咪唑鹽和1-甲基-3-十二烷基咪唑碘按混合來制備均勻溶液，然后向該溶液加入碘化鋰、碘和、4-叔丁基吡啶TBP配成離子液體電解質(zhì)，將氧化鈦TiO2導(dǎo)電材料涂覆在氟摻雜的氧化錫導(dǎo)電玻璃基底上，從而形成透明電極，然后將該電極浸入在乙醇和乙睛的溶劑混合物中制備的染料溶液中32～48小時(shí)，染料吸附后，在該電極上施加由鉑材料構(gòu)成的對(duì)電極，然后將離子液體電解質(zhì)注入所述兩個(gè)電極之間，然后升溫至80℃保持5分鐘，維持該電解質(zhì)完全滲透，并隨后降至室溫，封裝得到的產(chǎn)物為染料敏化太陽能電池。本發(fā)明提高電池光電轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號(hào)H01G9/022GK101740224SQ20091025451
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2009年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者俞敏, 汪志華 申請(qǐng)人:彩虹集團(tuán)公司