提高電解質(zhì)效率的方法及用于車輛的染料敏化太陽能電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及可用于改善太陽能電池的性能和長期耐久性的電解質(zhì)和使用本發(fā)明 的電解質(zhì)制造用于車輛的染料敏化太陽能電池的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 使用太陽能電池的太陽光發(fā)電是環(huán)保的，并且具有超過使用化石燃料發(fā)電的優(yōu) 點，其不產(chǎn)生空氣污染或噪聲，并且能量源，即太陽光，不會耗盡。在各種太陽能電池之中， 基于納米晶體多孔氧化鐵（Ti化）的染料敏化太陽能電池由于高能量轉(zhuǎn)換效率和低制造成 本而最為突出并且已有廣泛的研究。
[0003] 除高能量轉(zhuǎn)換效率之外，可作為第=代太陽能電池的染料敏化太陽能電池在其低 制造成本方面也特別突出，其制造成本可W是娃太陽能電池的約五分之一。進(jìn)一步地，由于 使用透明導(dǎo)電玻璃基底，并且可用各種染料和電解質(zhì)來制造具有各種顏色的模塊，染料敏 化太陽能電池可W被應(yīng)用于建筑物等的窗戶。
[0004] 染料敏化太陽能電池可W由光電極構(gòu)成，光電極包括導(dǎo)電性基底上的表面吸附有 染料的氧化物半導(dǎo)體電極、能夠進(jìn)行氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的電解質(zhì)W及其中催化劑電極在 導(dǎo)電性基底上形成的對電極。當(dāng)光照射在染料敏化太陽能電池上時，該染料吸收光的能量， 產(chǎn)生電子-空穴對，并且所產(chǎn)生的電子被注入到氧化物半導(dǎo)體的導(dǎo)帶。所注入的電子隨 后通過氧化物半導(dǎo)體被運(yùn)送到透明電極，并且當(dāng)光電極和對電極相連接時通過外部電路移 動，從而產(chǎn)生電流。在染料中產(chǎn)生的電子-空穴從能夠進(jìn)行氧化和還原并且被還原回去的 電解質(zhì)接收電子，從而恢復(fù)染料敏化太陽能電池并完成染料敏化太陽能電池的電路。在該 種情況下，對電極可W提供通過外部電路移動的電子，從而引發(fā)電解質(zhì)中的離子的氧化還 原反應(yīng)。由于需要有效地向電解質(zhì)運(yùn)送電子，對電極通常具有其中導(dǎo)電基底涂覆有催化劑 的結(jié)構(gòu)。另外，該催化劑可能需要基本水平的催化活性、增加的表面積和提高的導(dǎo)電性或離 子電導(dǎo)率，從而在與電解質(zhì)的交界處具有最小電阻，并進(jìn)一步需要電解質(zhì)的長期穩(wěn)定性。此 夕F，在染料敏化太陽能電池中使用的電解質(zhì)可具有升高的沸點，W同時獲得基本的耐久性 和影響效率的改善的離子電導(dǎo)率。
[0005] 在現(xiàn)有技術(shù)中，用作染料敏化太陽能電池的電解質(zhì)的組合物已經(jīng)被描述為如下。
[0006] 例如，用于染料敏化太陽能電池的電解質(zhì)已有報道，該電解質(zhì)包括基于咪挫的低 聚物型離子型液體N-(3-(l-甲基咪挫鐵）丙基）己酷胺艦化物（醒IPHI)、該基于咪挫的低 聚物型離子型液體具有N-烷基咪挫鐵丙己酷胺艦化物作為基本結(jié)構(gòu)，并且包括作為一種 無機(jī)陰離子的艦離子（r)。電解質(zhì)可W根據(jù)有機(jī)陽離子的反應(yīng)基團(tuán)的取代W固態(tài)或液態(tài)存 在，并且電解質(zhì)通過將艦、4-叔了基化晚（TB巧和3-甲氧基丙膳（MPN)加入離子液體而制 造（例如，早期公開的韓國專利申請No. 2013-0084719)。
[0007] 現(xiàn)有技術(shù)還提供了一種用于太陽能電池的電解質(zhì)，其包括咪挫和C1-C20二艦代 燒的復(fù)合鹽，W及咪挫和C1-C20二艦代燒的復(fù)合物的陽離子和由艦（12)生成的艦離子（17 V)，并且使用該電解質(zhì)的太陽能電池也已經(jīng)被開發(fā)。除上述的電解質(zhì)之外，該電解質(zhì)進(jìn)一 步包括1至10份重量份的非揮發(fā)性的有機(jī)溶劑，諸如己膳、丫-了內(nèi)醋和3-甲氧基丙膳 (例如，早期公開的韓國專利申請No. 2009-0022383)。
[000引在現(xiàn)有技術(shù)中的其他示例中，基于咪挫的聚合物型或低聚物型離子溶液已經(jīng)被開 發(fā)。該離子溶液包括艦離子（r)與1至25個環(huán)氧己燒單體，并且具有其中脈連接到環(huán)氧 己燒單體的環(huán)氧己燒單體和氨基甲酸醋的結(jié)構(gòu)W及其端部的咪挫鐵結(jié)構(gòu)。除前述離子溶 液之外，用于染料敏化太陽能電池的電解質(zhì)也已經(jīng)公開，其包括選自己膳、3-甲氧基丙膳、 丫-了內(nèi)醋和己二醇等的有機(jī)溶劑（例如，早期公開的韓國專利申請No. 2011-0011158)。
[0009] 另外，包括咪挫鐵類液體型電解質(zhì)的染料敏化太陽能電池已經(jīng)被報道。咪挫鐵類 液體型電解質(zhì)在室溫和升高的溫度下可W是液態(tài)并且無需在電解質(zhì)中使用有機(jī)溶劑而具 有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性。因此，已經(jīng)提供了染料敏化太陽能電池，其包括半導(dǎo)體電 極；對電極；W及置于半導(dǎo)體電極和對電極之間的基于1,3-己締基烷基咪挫鐵艦化物的電 解質(zhì)（例如，美國專利公開No. 2004-0261842)。
[0010] 在現(xiàn)有技術(shù)的另一個示例中，已經(jīng)開發(fā)了一種用于染料敏化太陽能電池的電解質(zhì) 溶液。該電解質(zhì)包含有機(jī)溶劑；氧化-還原衍生物；選自1-了基-1-甲基化咯燒鐵艦化物、 1-甲基-1-丙基化咯燒鐵艦化物（MPPyl)和1-己基-1-甲基化咯燒鐵艦化物的基于化咯 燒鐵艦化物的離子液體；W及作為添加劑的叔了基化晚，其中該有機(jī)溶劑是選自碳酸亞己 醋、3-甲氧基丙膳、丫-了內(nèi)醋、碳酸二己醋等的一種或更多種混合物溶液（例如，韓國專利 No.10-108867巧。
[0011] 同時，已經(jīng)提供了聚合物顆粒分散元素、電解質(zhì)和電池，并且該電解質(zhì)包括包含聚 合物顆粒和離子液體的聚合物顆粒分散元素，其中聚合物顆粒是單體組分并且包括甲基 (甲基）丙締酸鹽、異了基（甲基）丙締酸鹽、環(huán)己基（甲基）丙締酸鹽等，并且離子液體包 括1-己基-3-己締基咪挫鐵或1-甲基-3-己基咪挫鐵艦化物（例如，早期公開的日本專 利申請No. 2004-256711)。
[0012] 在現(xiàn)有技術(shù)的一些其他相關(guān)文件中，已經(jīng)提出了用于染料敏化太陽能電池的電解 質(zhì)。該電解質(zhì)包括基于咪挫的低聚物型離子液體N-(3-(l-甲基咪挫鐵）丙基）己酷胺艦 化物（NMIPHI)和3-甲氧基丙膳溶劑。另外，太陽能電池包括電解質(zhì)，該電解質(zhì)包括咪挫和 C1-C20二艦代燒的復(fù)合鹽，W及復(fù)合鹽的陽離子和從艦（12)中生成的艦離子（r/igO,并 且進(jìn)一步包括非揮發(fā)性有機(jī)溶劑，諸如己膳。此外，已經(jīng)提出了用于太陽能電池的電解質(zhì)， 其包括含艦離子（r)與1至25個環(huán)氧己燒單體的基于咪挫的聚合物型或低聚物型離子溶 液，W及有機(jī)溶劑，諸如己膳，并且包括基于咪挫的化合物和溶劑。然而，該種染料敏化太陽 能電池中的電解質(zhì)不包括咪挫鐵類化合物，諸如1-丙基-3-甲基咪挫鐵艦化物，或作為離 子液體的化晚鐵類化合物，并且因此穩(wěn)定性會顯著地降低（例如，早期公開的韓國專利申 請No. 2013-0084719 ;早期公開的韓國專利申請No. 2009-0022383 ;早期公開的韓國專利申 請No. 2011-0011158)。
[0013] 此外，在其他相關(guān)文件中，包括基于1,3-己締基烷基咪挫艦化物的電解質(zhì)的染料 敏化太陽能電池已經(jīng)被公開。該用于染料敏化太陽能電池的電解質(zhì)溶液包括有機(jī)溶劑；氧 化還原衍生物；基于化咯燒鐵艦化物的離子液體；W及添加劑。進(jìn)一步地，該電解質(zhì)包括含 聚合物顆粒和離子液體的聚合物顆粒分散元素，但不包括離子液體和低黏度液體溶劑，因 此性能會降低。（例如，美國專利公開No. 2004-0261842 ;韓國專利No. 10-1088676 ;早期公 開的日本專利申請No. 2004-256711)。
[0014] 上述現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)技術(shù)通過簡單地使用一般的離子液體并且維持它們的穩(wěn) 定性專注于防止液體泄漏或用于太陽能電池的電解質(zhì)的揮發(fā)。然而，尚未提供用于使用低 黏度溶劑作為離子液體電解質(zhì)中的添加劑的電解質(zhì)的最佳組合物、效率改善效果和耐久穩(wěn) 定性維持的具體溶液。
[0015] 具體地，為了將染料敏化太陽能電池應(yīng)用到車輛，通過使用即使在惡劣的室外環(huán) 境也能穩(wěn)定地維持性能的高耐久性材料，在約-40°c至85°C的溫度范圍內(nèi)的實際車輛環(huán)境 中的長期穩(wěn)定性可能是必需的。
[0016] 然而，在使用低沸點的液體電解質(zhì)的相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的目前的技術(shù)中，雖然可W提 高效率，但是由于低沸點和流動性，在實際車輛環(huán)境