一種光響應(yīng)性凝膠電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及染料敏化太陽能電池領(lǐng)域，尤其涉及一種光響應(yīng)性凝膠電解質(zhì)及其制 備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 化石能源是不可再生能源，正逐漸耗盡，特別是最近幾年新興國家的快速發(fā)展，對(duì) 能源的需求大大提高。與此同時(shí)，化石能源的使用產(chǎn)生大量的溫室氣體，引發(fā)全球氣候變 化。太陽能替代傳統(tǒng)化石能源是解決能源危機(jī)以及保護(hù)環(huán)境的最佳途徑。近年來，太陽能電 池的發(fā)展非常迅速，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在國民經(jīng)濟(jì)的許多領(lǐng)域。但是就目前太陽能電池高成本 一直是太陽能電池推廣使用的瓶頸，所以制作成本低、穩(wěn)定、高效率的太陽能電池是太陽能 電池產(chǎn)業(yè)的研究重點(diǎn)，也是太陽能電池能否大范圍推廣使用的先決條件。
[0003] 染料敏化太陽能電池 (DSSCs)是一種新型太陽能電池，與傳統(tǒng)硅太陽能電池相比 具有光電轉(zhuǎn)換率高、成本低、制作工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。雖然基于液態(tài)電解質(zhì)的染料敏化太陽能 電池取得了較高的光電轉(zhuǎn)換效率，但是液態(tài)電解質(zhì)易泄露、揮發(fā)，致使組裝而成的電池密封 困難，且在長期實(shí)際應(yīng)用中性能下降，使用壽命縮短。全固態(tài)電解質(zhì)在電荷傳輸能力上表現(xiàn) 出持續(xù)的穩(wěn)定性，因此被廣泛認(rèn)為是非常有前景的替代品，但其存在的問題是較低的離子 電導(dǎo)率。因此，結(jié)合液體電解質(zhì)的快速電荷傳輸動(dòng)力以及全固態(tài)電解質(zhì)的電荷傳輸穩(wěn)定性， 現(xiàn)今設(shè)計(jì)出了聚合物凝膠電解質(zhì)的三維網(wǎng)絡(luò)。
[0004] 凝膠電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率與液體電解質(zhì)相比依舊有差距，所以現(xiàn)今研究的熱點(diǎn)是 如何提高凝膠電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率。而在目前的研究工作中，有相關(guān)研究工作者將導(dǎo)電納 米粒子加入電解質(zhì)中，提高離子電導(dǎo)率的同時(shí)，縮短了氧化還原電對(duì)到電極/電解質(zhì)界面的 擴(kuò)散路徑，但該類凝膠電解質(zhì)一般是非均相的，長時(shí)間使用會(huì)出現(xiàn)固液分離以及納米粒子 團(tuán)聚的現(xiàn)象。
[0005] 目前，關(guān)于通過紫外-可見光響應(yīng)異構(gòu)現(xiàn)象帶動(dòng)聚合物分子鏈運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)離子在聚 合物網(wǎng)絡(luò)中的迀移，從而提高凝膠電解質(zhì)離子電導(dǎo)率的研究未見報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明公開了一種光響應(yīng)性凝膠電解質(zhì)及其制備方法和應(yīng) 用。
[0007] 第一方面，本發(fā)明提供了一種光響應(yīng)性凝膠電解質(zhì)，包括電解液，還包括偶氮苯/ 聚合物基體混合物；其中所述的偶氮苯/聚合物基體混合物由偶氮苯、聚合物基體混合制 得。
[0008] 優(yōu)選的，所述的偶氮苯包含但不限于下式的一種或多種：
[0009]
[0010] 其中，n = l~11必、1?2獨(dú)立的為羥基、羧基、醛基、氨基中的一種。
[0011]優(yōu)選的，所述的聚合物基體包括但不限于聚丙烯腈、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚(丙烯 腈-甲基丙烯酸甲酯）、聚氧乙烯醚、偏氟乙烯和六氟丙烯共聚物中的一種或多種。
[0012] 優(yōu)選的，所述的電解液包括有機(jī)溶劑、氧化還原電對(duì)、添加劑。
[0013] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的有機(jī)溶劑包括腈類和/或碳酸酯類。
[0014] 更進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的有機(jī)溶劑包括但不限于乙腈、3-甲氧基丙腈、碳酸乙烯酯 中的一種或多種。
[0015] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的氧化還原電對(duì)包括但不限于I2/r，Br2/Br_，（SCN)2/SCN一， (SeCN)2/SeCrr中的一種或多種。
[0016] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的添加劑包括但不限于4-叔丁基吡啶、N-甲基苯并咪唑中的 一種或多種。
[0017] 優(yōu)選的，所述的電解液還包括離子液體。
[0018] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的離子液體包括但不限于二甲基丙基咪唑碘、1-甲基-3-丙基 咪唑碘、1 -丁基-3-甲基咪唑碘、1 -甲基-3-己基咪唑碘中的一種或多種。
[0019]優(yōu)選的，所述的偶氮苯與聚合物基體的質(zhì)量比為1:1~99。
[0020]優(yōu)選的，偶氮苯/聚合物基體混合物與電解液的質(zhì)量比為1:20~20:1。
[0021]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的偶氮苯/聚合物基體混合物與電解液的質(zhì)量比為1:20~1: 1〇
[0022] 優(yōu)選的，所述的添加劑的濃度為0.4~0.6mol/L。進(jìn)一步優(yōu)選為0.5mol/L。
[0023] 優(yōu)選的，所述的氧化還原電對(duì)的濃度分別為0.01~0. lmol/L、0.4~0.6mol/L。進(jìn) 一步優(yōu)選為 0 · 05mol/L、0 · 5mol/L。
[0024] 優(yōu)選的，所述的離子液體的濃度為0.2~0.4mol/L。進(jìn)一步優(yōu)選為0.3mol/L。
[0025] 第二方面，本發(fā)明提供了一種光響應(yīng)性凝膠電解質(zhì)的制備方法，包括以下步驟：
[0026] (1)偶氮苯/聚合物基體混合物的制備:將聚合物基體溶解至溶劑中，升溫至50°C ~70°C后加入偶氮苯，攪拌均勻后冷卻，除去溶劑后干燥即得到偶氮苯/聚合物基體混合 物；
[0027] (2)偶氮苯/聚合物凝膠電解質(zhì)的制備:將步驟(1)中制備得到的偶氮苯/聚合物基 體混合物與電解液混合，得到光響應(yīng)性凝膠電解質(zhì)。
[0028] 優(yōu)選的，步驟(1)中所述的偶氮苯與聚合物基體的質(zhì)量比為1:1~99。
[0029] 優(yōu)選的，步驟(1)中所述的偶氮苯包含但不限于下式的一種或多種：
[0030]
[0031] 共中，n = l~11;Κι、Κ2獨(dú)豆的為羥盎、羧.、酲中的一柙。
[0032] 優(yōu)選的，步驟（1)中所述的聚合物基體包括但不限于聚丙烯腈、聚丙烯酸、聚乙烯 醇、聚（丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯）、聚氧乙烯醚、偏氟乙烯和六氟丙烯共聚物中的一種或多 種。
[0033]優(yōu)選的，步驟（1)中所述的溶劑包括但不限于N，N_二甲基甲酰胺、四氫呋喃、三氯 甲烷、乙腈中的一種或多種。
[0034]優(yōu)選的，步驟(1)中所述的攪拌的時(shí)間為4~8h。
[0035]進(jìn)一步優(yōu)選的，步驟(1)中所述的攪拌的時(shí)間為6h。
[0036] 優(yōu)選的，步驟(2)中偶氮苯/聚合物基體混合物與電解液的質(zhì)量比為1:20~20:1。
[0037] 進(jìn)一步優(yōu)選的，步驟(2)中所述的偶氮苯/聚合物基體混合物與電解液的質(zhì)量比為 1:20 ~1:1〇
[0038] 優(yōu)選的，步驟(2)中所述的電解液包括有機(jī)溶劑、氧化還原電對(duì)、添加劑。
[0039]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的有機(jī)溶劑包括腈類和/或碳酸酯類。
[0040]更進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的有機(jī)溶劑包括但不限于乙腈、3-甲氧基丙腈、碳酸乙烯酯 中的一種或多種。
[0041 ]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的氧化還原電對(duì)的濃度分別為0.01~0 .lmol/L、0.4~ 0.6mol/L。更進(jìn)一步優(yōu)選為 0.05mol/L、0.5mol/L。
[0042] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的氧化還原電對(duì)包括但不限于I2/r，Br2/Br_，（SCN)2/SCN_， (SeCN)2/SeCrr中的一種或多種。
[0043] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的添加劑的濃度為0.4~0.6mol/L。更進(jìn)一步優(yōu)選為0.5mol/ L〇
[0044] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的添加劑包括但不限于4-叔丁基吡啶、N-甲基苯并咪唑中的 一種或多種。
[0045] 優(yōu)選的，步驟(2)中所述的電解液還包括離子液體。
[0046] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的離子液體的濃度為0.2~0.4mol/L。更進(jìn)一步優(yōu)選為 0·3mol/L〇
[0047] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的離子液體包括但不限于二甲基丙基咪唑碘、1-甲基-3-丙基 咪唑碘、1 -丁基-3-甲基咪唑碘、1 -甲基-3-己基咪唑碘中的一種或多種。
[0048] 可以理解的是，步驟(1)中所述的除去溶劑的方法包括但不限于加入醇類(優(yōu)選為 乙醇)使偶氮苯/聚合物基體混合物從溶劑中析出，過濾干燥后得到粉末狀固體產(chǎn)物，再將 所述產(chǎn)物真空干燥(干燥溫度優(yōu)選為40°C~60°C，干燥時(shí)間優(yōu)選為24h)即得到偶氮苯/聚合 物基體混合物。
[0049]可以理解的是，在偶氮苯/聚合物基體混合物中，偶氮苯與聚合物基體間通過氫鍵 結(jié)合，形成物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。
[0050] 第三方面，本發(fā)明提供了一種如第一方面所述的光響應(yīng)性凝膠電解質(zhì)和如第二方 面所述的光響應(yīng)性凝膠電解質(zhì)的制備方法在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用。
[0051] 優(yōu)選的，所述的如第一方面所述的光響應(yīng)性凝膠電解質(zhì)在染料敏化太陽能電池中 的應(yīng)用，具體為:將如第一方面所述的光響應(yīng)性凝膠電解質(zhì)涂覆在太陽能電池光陽極表面。
[0052] 第四方面，本發(fā)明提供了一種如第一方面所述的偶氮苯/聚合物基體混合物和如 第二方面所述的偶氮苯/聚合物基體混合物的制備方法在染料敏化太陽能