專利名稱：一種固態(tài)磁性聚合物電解質及其制備方法與應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于染料敏化太陽能電池領域，尤其是涉及一種固態(tài)磁性聚合物電解質及其制備方法與應用。
背景技術：
和傳統(tǒng)的硅太陽能電池相比，染料敏化太陽能電池是一種廉價，效率相對較高的新型綠色光電轉換器件。染料敏化太陽能電池主要由TiO2/染料，電解質和對電極構成。 目前，用于染料敏化太陽能電池的電解質常為包含I—和I3—氧化還原電對的液態(tài)電解質。 由于液態(tài)電解質采用的有機溶劑沸點低，易揮發(fā)，流動性大，因而在實踐中存在難封裝、易滲漏等難以克服的缺陷，使得染料敏化太陽能電池的使用壽命短，穩(wěn)定性差，不能在實際生活中得以運用。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是，克服現(xiàn)有技術中使用液態(tài)電解質的不足，提供一種電導率高，穩(wěn)定性好，制備過程簡單，成本低的固態(tài)磁性聚合物電解質及其制備方法與應用。本發(fā)明解決所述技術問題所采用的技術方案是
本發(fā)明之固態(tài)磁性聚合物電解質，由以下質量百分比的原料制成N-甲基吡咯烷酮 60 98%、瓊脂糖聚合物1 8%、磁性納米粒子改性劑0. 5 8%、表面活性劑1 10%、碘化鋰和碘的無機混合物0. 8 2%，各原料質量百分比之和為100% ；
所述碘化鋰和碘的無機混合物中，碘化鋰的質量百分比為10 40%，碘的質量百分比為60 90%。所述磁性納米粒子改性劑優(yōu)選納米NiO、納米狗203或納米Co3O4 ； 所述表面活性劑優(yōu)選聚乙烯基吡咯烷酮、吐溫-80或十二烷基磺酸鈉。本發(fā)明之固態(tài)磁性聚合物電解質的制備方法，包括以下步驟
(1)將瓊脂糖聚合物加入N-甲基吡咯烷酮溶劑中，密封，在60 90° C恒溫水浴下攪拌1 4小時，形成均一的溶液，得瓊脂糖聚合物溶液；
(2 )將磁性納米粒子改性劑以及表面活性劑加入到步驟(1)所得瓊脂糖聚合物溶液中， 密封，在60 90° C恒溫水浴下攪拌2 4小時，形成均勻的溶液，得磁性納米粒子改性的瓊脂糖聚合物溶液；
(3)將碘化鋰和碘的無機混合物加入到步驟(2)所得磁性納米粒子改性的瓊脂糖聚合物溶液當中，密封，在60 80° C恒溫水浴下攪拌1 4小時，即得到均勻粘稠的磁性納米粒子改性的瓊脂糖聚合物電解質。本發(fā)明之固態(tài)磁性聚合物電解質的應用
按常規(guī)染料敏化太陽能電池的組裝工藝，將染料敏化TiA電極置于恒溫在60 90°C 的烘箱中，將制得的磁性納米粒子改性的瓊脂糖聚合物電解質滴加在染料敏化T^2電極表面，在60 90°C下烘烤，使得聚合物電解質收縮到粘稠狀，加上對電極，繼續(xù)在60 90°C 下烘烤1 2小時，制成固態(tài)染料敏化太陽能電池。本發(fā)明采用資源豐富、廉價的富含羥基的天然高分子瓊脂糖聚合物為基體，聚合物基體瓊脂糖是一種分子結構中富含羥基的的結晶度小的聚合物，可以通過氫鍵與磁性納米粒子改性劑表面的羥基作用，形成交連的網(wǎng)絡結構，有利于氧化還原電對在共混聚合物電解質當中的有效傳輸；同時由于富含羥基的瓊脂糖聚合物基體對無機鹽的離解能力，能提高電解質體系的電導，使電解質電導率高，將其應用于染料敏化太陽能電池，可以有效地提高太陽能電池的效率；采用磁性納米粒子改性的瓊脂糖聚合物電解質得到磁性聚合物電解質，由于在磁場的作用下磁性聚合物電解質可形成定向排列和運動，可提高電解質某個方向上的電導，磁場作用下定向排列的磁性聚合物電解質具有比無序狀態(tài)聚合物電解質更低的界面電阻以及更好的填充性，可用在染料敏化太陽能電池領域，提高其光電轉化效率。本發(fā)明制備的磁性納米粒子改性的瓊脂糖聚合物電解質，方法簡單易行，能有效解決染料敏化太陽能電池液體電解質封裝難，易泄漏和揮發(fā)的問題，提高染料敏化太陽能電池的穩(wěn)定性，實現(xiàn)染料敏化太陽能電池的開發(fā)應用。
具體實施例方式以下結合實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。對照例
本對照例之固態(tài)聚合物電解質，由以下質量百分比的原料制成N-甲基吡咯烷酮96%、 瓊脂糖聚合物2%、磁性納米粒子改性劑0%、表面活性劑十二烷基磺酸鈉1. 2%、碘化鋰和碘的無機混合物0. 8% ；
所述碘化鋰和碘的無機混合物中，質量百分比組成為碘化鋰25%、碘75%。本對照例之固態(tài)聚合物電解質的制備方法如下
(1)將瓊脂糖聚合物加入N-甲基吡咯烷酮溶劑中，密封，在65°C恒溫水浴下攪拌4 小時，形成均一的溶液，得瓊脂糖聚合物溶液；
(2)將表面活性劑十二烷基磺酸鈉加入到步驟(1)所得瓊脂糖聚合物溶液中，密封，在 75° C恒溫水浴下攪拌2. 5小時，形成均勻的溶液，得改性的瓊脂糖聚合物溶液；
(3 )將碘化鋰和碘的無機混合物加入到步驟(2 )所得改性的瓊脂糖聚合物溶液當中，密封，在60°C恒溫水浴下攪拌4小時，即得到均勻粘稠的瓊脂糖聚合物電解質。本對照例之固態(tài)磁性聚合物電解質的應用
按常規(guī)染料敏化太陽能電池的組裝工藝，將染料敏化TW2電極置于恒溫在65°C的烘箱中，將制得的瓊脂糖聚合物電解質滴加在染料敏化TiA電極表面，在65°c下烘烤，使得聚合物電解質收縮到粘稠狀，加上對電極，繼續(xù)在65°C下烘烤2小時，制成固態(tài)染料敏化太陽能電池。測試本對照例所得固態(tài)染料敏化太陽能電池的性能在室溫環(huán)境，使用氙燈模擬太陽光，光強為80mW/cm2 (光強使用硅光電二極管標定條件下)，有效光照面積為0. 25cm2, 測得瓊脂糖聚合物電解質組裝的染料敏化二氧化鈦太陽能電池光電轉換效率為1. 77%。實施例1
本實施例之固態(tài)磁性聚合物電解質，由以下質量百分比的原料制成N-甲基吡咯烷酮
496. 7%、瓊脂糖聚合物1%、磁性納米粒子改性劑納米NiO 0. 5%、表面活性劑吐溫-80 1%、碘化鋰和碘的無機混合物0. 8% ；
所述碘化鋰和碘的無機混合物中，質量百分比組成為碘化鋰35%、碘65% ； 本實施例之固態(tài)磁性聚合物電解質的制備方法如下
(1)將瓊脂糖聚合物加入N-甲基吡咯烷酮溶劑中，密封，在80°C恒溫水浴下攪拌2 小時，形成均一的溶液，得瓊脂糖聚合物溶液；
(2)將磁性納米粒子改性劑納米NiO以及表面活性劑吐溫-80加入到步驟(1)所得瓊脂糖聚合物溶液中，密封，在60° C恒溫水浴下攪拌4小時，形成均勻的溶液，得磁性納米粒子改性的瓊脂糖聚合物溶液；
(3)將碘化鋰和碘的無機混合物加入到步驟(2)所得磁性納米粒子改性的瓊脂糖聚合物溶液當中，密封，在70° C恒溫水浴下攪拌3小時，得到均勻粘稠的磁性納米粒子改性的瓊脂糖聚合物電解質。本實施例之固態(tài)磁性聚合物電解質的應用
按常規(guī)染料敏化太陽能電池的組裝工藝，將染料敏化TiA電極置于恒溫在70°c的烘箱中，將制得的磁性納米粒子改性的瓊脂糖聚合物電解質滴加在染料敏化TW2電極表面，在 70°C下烘烤，使得聚合物電解質收縮到粘稠狀，加上對電極，繼續(xù)在70°C下烘烤2小時，制成固態(tài)染料敏化太陽能電池。測試本實施例所得固態(tài)染料敏化太陽能電池的性能在室溫環(huán)境，使用氙燈模擬太陽光，光強為80 mff/cm2 (光強使用硅光電二極管標定條件下)，有效光照面積為 0. 25cm2,測得經(jīng)0. 5%磁性納米MO改性的瓊脂糖聚合物電解質組裝的染料敏化二氧化鈦太陽能電池光電轉換效率為4. 74%。實施例2
本實施例之固態(tài)磁性聚合物電解質，由以下質量百分比的原料制成N-甲基吡咯烷酮 87. 5%、瓊脂糖聚合物3%、磁性納米粒子改性劑納米!^e2O3 5%、表面活性劑聚乙烯基吡咯烷酮3%、碘化鋰和碘的無機混合物1. 5%。所述碘化鋰和碘的無機混合物中，，質量百分比組成為碘化鋰15%、碘85%。本實施例之固態(tài)磁性聚合物電解質的制備方法如下
(1)將瓊脂糖聚合物加入N-甲基吡咯烷酮溶劑中，密封，在75°C恒溫水浴下攪拌3 小時，形成均一的溶液，得瓊脂糖聚合物溶液；
(2)將磁性納米粒子改性劑納米!^e2O3以及表面活性劑聚乙烯基吡咯烷酮加入到步驟 (1)所得瓊脂糖聚合物溶液中，密封，在75° C恒溫水浴下攪拌2小時，形成均勻的溶液，得磁性納米粒子改性的瓊脂糖聚合物溶液；
(3)將碘化鋰和碘的無機混合物加入到步驟(2)所得磁性納米粒子改性的瓊脂糖聚合物溶液當中，密封，在75° C恒溫水浴下攪拌2小時，得到均勻粘稠的磁性納米粒子改性的瓊脂糖聚合物電解質。本實施例之固態(tài)磁性聚合物電解質的應用
按常規(guī)染料敏化太陽能電池的組裝工藝，將染料敏化TW2電極置于恒溫在75°C的烘箱中，將制得的磁性納米粒子改性的瓊脂糖聚合物電解質滴加在染料敏化TW2電極表面，在 75°C下烘烤，使得聚合物電解質收縮到粘稠狀，加上對電極，繼續(xù)在75°C下烘烤1. 5小時，制成固態(tài)染料敏化太陽能電池。測試本實施例所得固態(tài)染料敏化太陽能電池的性能在室溫環(huán)境，使用氙燈模擬太陽光，光強為80 mff/cm2 (光強使用硅光電二極管標定條件下)，有效光照面積為 0. 25cm2,測得經(jīng)5%磁性納米!^e2O3改性的瓊脂糖聚合物電解質組裝的染料敏化二氧化鈦太陽能電池的光電轉換效率為2. 92%。實施例3
本實施例之固態(tài)磁性聚合物電解質，由以下質量百分比的原料制成N-甲基吡咯烷酮72%、瓊脂糖聚合物8%、磁性納米粒子改性劑納米Co3O4 8%、表面活性劑十二烷基磺酸鈉 10%、碘化鋰和碘的無機混合物1 ；
所述碘化鋰和碘的無機混合物中，質量百分比為碘化鋰10%、碘90%。本實施例之固態(tài)磁性聚合物電解質的制備方法如下
(1)將瓊脂糖聚合物加入N-甲基吡咯烷酮溶劑中，密封，在90° C恒溫水浴下攪拌1 小時，形成均一的溶液，得瓊脂糖聚合物溶液；
(2)將磁性納米粒子改性劑納米Co3O4以及表面活性劑十二烷基磺酸鈉加入到步驟(1) 所得瓊脂糖聚合物溶液中，密封，在90° C恒溫水浴下攪拌2小時，形成均勻的溶液，得磁性納米粒子改性的瓊脂糖聚合物溶液；
(3)將碘化鋰和碘的無機混合物加入到步驟(2)所得磁性納米粒子改性的瓊脂糖聚合物溶液當中，密封，在80° C恒溫水浴下攪拌2. 5小時，得到均勻粘稠的磁性納米粒子改性的瓊脂糖聚合物電解質。本實施例之固態(tài)磁性聚合物電解質的應用
按常規(guī)染料敏化太陽能電池的組裝工藝，將染料敏化TW2電極置于恒溫在90°C的烘箱中，將制得的磁性納米粒子改性的瓊脂糖聚合物電解質滴加在染料敏化TW2電極表面，在 90°C下烘烤，使得聚合物電解質收縮到粘稠狀，加上對電極，繼續(xù)在90°C下烘烤1小時，制成固態(tài)染料敏化太陽能電池。測試本實施例所得固態(tài)染料敏化太陽能電池的性能在室溫環(huán)境，使用氙燈模擬太陽光，光強為80mW/cm2 (光強使用硅光電二極管標定條件下)，有效光照面積為0. 25cm2, 測得經(jīng)8%磁性納米Co3O4改性瓊脂糖聚合物電解質組裝的染料敏化二氧化鈦太陽能電池的光電轉換效率為5. 42%。從對照例以及實施例1 一 3可知，經(jīng)過本發(fā)明0. 5%磁性納米NiO改性的瓊脂糖聚合物電解質制備的太陽能電池的光電轉換效率為4. 74%，比未經(jīng)磁性納米粒子改性的瓊脂糖聚合物電解質太陽能電池的1. 77%，提高了約167% ；5%磁性納米!^e2O3改性的瓊脂糖聚合物電解質制備的太陽能電池的光電轉換效率為2. 92%，比未經(jīng)磁性納米粒子改性的瓊脂糖聚合物電解質太陽能電池的1. 77%，提高了約65% ；8%磁性納米Co3O4改性的瓊脂糖聚合物電解質制備的太陽能電池的光電轉換效率為5. 42%，比未經(jīng)磁性納米粒子改性的瓊脂糖聚合物電解質太陽能電池的1. 77%，提高了約206%。本發(fā)明之固態(tài)磁性聚合物電解質的制備方法簡單易行，使用本方法制備的電解質，實現(xiàn)了其在染料敏化太陽能電池中的開發(fā)和應用，通過納米粒子改性的瓊脂糖聚合物電解質，能有效提高固態(tài)染料敏化太陽能電池的光電轉化效率。
權利要求
1.一種固態(tài)磁性聚合物電解質，其特征在于，由以下質量百分比的原料制成N-甲基吡咯烷酮60 98%、瓊脂糖聚合物1 8%、磁性納米粒子改性劑0. 5 8%、表面活性劑1 10%、碘化鋰和碘的無機混合物0. 8 2%，各原料質量百分比之和為100% ；所述碘化鋰和碘的無機混合物中，碘化鋰的質量百分比為10 40%，碘的質量百分比為60 90%。
2.根據(jù)權利要求1所述的固態(tài)磁性聚合物電解質，其特征在于，所述磁性納米粒子改性劑為納米NiO、納米Fii2O3或納米Co304。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的固態(tài)磁性聚合物電解質，其特征在于，所述表面活性劑為聚乙烯基吡咯烷酮、吐溫-80或十二烷基磺酸鈉。
4.一種如權利要求1所述的固態(tài)磁性聚合物電解質的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)將瓊脂糖聚合物加入N-甲基吡咯烷酮溶劑中，密封，在60 90° C恒溫水浴下攪拌1 4小時，形成均一的溶液，得瓊脂糖聚合物溶液；(2 )將磁性納米粒子改性劑以及表面活性劑加入到步驟(1)所得瓊脂糖聚合物溶液中， 密封，在60 90° C恒溫水浴下攪拌2 4小時，形成均勻的溶液，得磁性納米粒子改性的瓊脂糖聚合物溶液；(3)將碘化鋰和碘的無機混合物加入到步驟(2)所得磁性納米粒子改性的瓊脂糖聚合物溶液當中，密封，在60 80° C恒溫水浴下攪拌1 4小時，即得到均勻粘稠的磁性納米粒子改性的瓊脂糖聚合物電解質。
5.一種如權利要求1-3之一所述的磁性聚合物電解質在染料敏化太陽能電池中的應用。
全文摘要
一種固態(tài)磁性聚合物電解質及其制備方法與應用，該固態(tài)磁性聚合物電解質由以下質量百分比的原料制成N-甲基吡咯烷酮60～98%、瓊脂糖聚合物1～8%、磁性納米粒子改性劑0.5～8%、表面活性劑1～10%、碘化鋰和碘的無機混合物0.8～2%。本發(fā)明還包括該固態(tài)磁性聚合物電解質的制備方法與應用。本發(fā)明制備的磁性納米粒子改性的瓊脂糖聚合物電解質，方法簡單易行，能有效解決染料敏化太陽能電池液體電解質封裝難，易泄漏和揮發(fā)的問題，提高染料敏化太陽能電池的穩(wěn)定性，提高其光電轉化效率，實現(xiàn)染料敏化太陽能電池的開發(fā)應用。
文檔編號H01M14/00GK102543449SQ20121002370
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月3日 優(yōu)先權日2012年2月3日
發(fā)明者易鵬飛, 楊英, 王惟嘉, 郭學益 申請人:中南大學