專利名稱：一種固態(tài)磁性聚合物電解質(zhì)及其制備方法與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于染料敏化太陽能電池領(lǐng)域，尤其是涉及一種固態(tài)磁性聚合物電解質(zhì)及其制備方法與應(yīng)用。
背景技術(shù)：
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(jià)，效率相對(duì)較高的新型綠色光電轉(zhuǎn)換器件。染料敏化太陽能電池主要由TiO2/染料，電解質(zhì)和對(duì)電極構(gòu)成。 目前，用于染料敏化太陽能電池的電解質(zhì)常為包含I—和I3—氧化還原電對(duì)的液態(tài)電解質(zhì)。 由于液態(tài)電解質(zhì)采用的有機(jī)溶劑沸點(diǎn)低，易揮發(fā)，流動(dòng)性大，因而在實(shí)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(shí)際生活中得以運(yùn)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中使用液態(tài)電解質(zhì)的不足，提供一種電導(dǎo)率高，穩(wěn)定性好，制備過程簡(jiǎn)單，成本低的固態(tài)磁性聚合物電解質(zhì)及其制備方法與應(yīng)用。本發(fā)明解決所述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
本發(fā)明之固態(tài)磁性聚合物電解質(zhì)，由以下質(zhì)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(jī)混合物0. 8 2%，各原料質(zhì)量百分比之和為100% ；
所述碘化鋰和碘的無機(jī)混合物中，碘化鋰的質(zhì)量百分比為10 40%，碘的質(zhì)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(zhì)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(shí)，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(shí)，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(jī)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(dāng)中，密封，在60 80° C恒溫水浴下攪拌1 4小時(shí)，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(zhì)。本發(fā)明之固態(tài)磁性聚合物電解質(zhì)的應(yīng)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(zhì)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(zhì)收縮到粘稠狀，加上對(duì)電極，繼續(xù)在60 90°C 下烘烤1 2小時(shí)，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(jià)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(jié)構(gòu)中富含羥基的的結(jié)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(luò)結(jié)構(gòu)，有利于氧化還原電對(duì)在共混聚合物電解質(zhì)當(dāng)中的有效傳輸；同時(shí)由于富含羥基的瓊脂糖聚合物基體對(duì)無機(jī)鹽的離解能力，能提高電解質(zhì)體系的電導(dǎo)，使電解質(zhì)電導(dǎo)率高，將其應(yīng)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(zhì)得到磁性聚合物電解質(zhì)，由于在磁場(chǎng)的作用下磁性聚合物電解質(zhì)可形成定向排列和運(yùn)動(dòng)，可提高電解質(zhì)某個(gè)方向上的電導(dǎo)，磁場(chǎng)作用下定向排列的磁性聚合物電解質(zhì)具有比無序狀態(tài)聚合物電解質(zhì)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(lǐng)域，提高其光電轉(zhuǎn)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(zhì)，方法簡(jiǎn)單易行，能有效解決染料敏化太陽能電池液體電解質(zhì)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(shí)現(xiàn)染料敏化太陽能電池的開發(fā)應(yīng)用。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。對(duì)照例
本對(duì)照例之固態(tài)聚合物電解質(zhì)，由以下質(zhì)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(jī)混合物0. 8% ；
所述碘化鋰和碘的無機(jī)混合物中，質(zhì)量百分比組成為碘化鋰25%、碘75%。本對(duì)照例之固態(tài)聚合物電解質(zhì)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(shí)，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(shí)，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(jī)混合物加入到步驟(2 )所得改性的瓊脂糖聚合物溶液當(dāng)中，密封，在60°C恒溫水浴下攪拌4小時(shí)，即得到均勻粘稠的瓊脂糖聚合物電解質(zhì)。本對(duì)照例之固態(tài)磁性聚合物電解質(zhì)的應(yīng)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(zhì)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(zhì)收縮到粘稠狀，加上對(duì)電極，繼續(xù)在65°C下烘烤2小時(shí)，制成固態(tài)染料敏化太陽能電池。測(cè)試本對(duì)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(qiáng)為80mW/cm2 (光強(qiáng)使用硅光電二極管標(biāo)定條件下)，有效光照面積為0. 25cm2, 測(cè)得瓊脂糖聚合物電解質(zhì)組裝的染料敏化二氧化鈦太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率為1. 77%。實(shí)施例1
本實(shí)施例之固態(tài)磁性聚合物電解質(zhì)，由以下質(zhì)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(jī)混合物0. 8% ；
所述碘化鋰和碘的無機(jī)混合物中，質(zhì)量百分比組成為碘化鋰35%、碘65% ； 本實(shí)施例之固態(tài)磁性聚合物電解質(zhì)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(shí)，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(shí)，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(jī)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(dāng)中，密封，在70° C恒溫水浴下攪拌3小時(shí)，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(zhì)。本實(shí)施例之固態(tài)磁性聚合物電解質(zhì)的應(yīng)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(zhì)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(zhì)收縮到粘稠狀，加上對(duì)電極，繼續(xù)在70°C下烘烤2小時(shí)，制成固態(tài)染料敏化太陽能電池。測(cè)試本實(shí)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(qiáng)為80 mff/cm2 (光強(qiáng)使用硅光電二極管標(biāo)定條件下)，有效光照面積為 0. 25cm2,測(cè)得經(jīng)0. 5%磁性納米MO改性的瓊脂糖聚合物電解質(zhì)組裝的染料敏化二氧化鈦太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率為4. 74%。實(shí)施例2
本實(shí)施例之固態(tài)磁性聚合物電解質(zhì)，由以下質(zhì)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(jī)混合物1. 5%。所述碘化鋰和碘的無機(jī)混合物中，，質(zhì)量百分比組成為碘化鋰15%、碘85%。本實(shí)施例之固態(tài)磁性聚合物電解質(zhì)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(shí)，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(shí)，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(jī)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(dāng)中，密封，在75° C恒溫水浴下攪拌2小時(shí)，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(zhì)。本實(shí)施例之固態(tài)磁性聚合物電解質(zhì)的應(yīng)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(zhì)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(zhì)收縮到粘稠狀，加上對(duì)電極，繼續(xù)在75°C下烘烤1. 5小時(shí)，制成固態(tài)染料敏化太陽能電池。測(cè)試本實(shí)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(qiáng)為80 mff/cm2 (光強(qiáng)使用硅光電二極管標(biāo)定條件下)，有效光照面積為 0. 25cm2,測(cè)得經(jīng)5%磁性納米!^e2O3改性的瓊脂糖聚合物電解質(zhì)組裝的染料敏化二氧化鈦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為2. 92%。實(shí)施例3
本實(shí)施例之固態(tài)磁性聚合物電解質(zhì)，由以下質(zhì)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(jī)混合物1 ；
所述碘化鋰和碘的無機(jī)混合物中，質(zhì)量百分比為碘化鋰10%、碘90%。本實(shí)施例之固態(tài)磁性聚合物電解質(zhì)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(shí)，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(shí)，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(jī)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(dāng)中，密封，在80° C恒溫水浴下攪拌2. 5小時(shí)，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(zhì)。本實(shí)施例之固態(tài)磁性聚合物電解質(zhì)的應(yīng)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(zhì)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(zhì)收縮到粘稠狀，加上對(duì)電極，繼續(xù)在90°C下烘烤1小時(shí)，制成固態(tài)染料敏化太陽能電池。測(cè)試本實(shí)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(qiáng)為80mW/cm2 (光強(qiáng)使用硅光電二極管標(biāo)定條件下)，有效光照面積為0. 25cm2, 測(cè)得經(jīng)8%磁性納米Co3O4改性瓊脂糖聚合物電解質(zhì)組裝的染料敏化二氧化鈦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為5. 42%。從對(duì)照例以及實(shí)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(zhì)制備的太陽能電池的光電轉(zhuǎn)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(zhì)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(zhì)制備的太陽能電池的光電轉(zhuǎn)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(zhì)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(zhì)制備的太陽能電池的光電轉(zhuǎn)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(zhì)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(zhì)的制備方法簡(jiǎn)單易行，使用本方法制備的電解質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了其在染料敏化太陽能電池中的開發(fā)和應(yīng)用，通過納米粒子改性的瓊脂糖聚合物電解質(zhì)，能有效提高固態(tài)染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)磁性聚合物電解質(zhì)，其特征在于，由以下質(zhì)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(jī)混合物0. 8 2%，各原料質(zhì)量百分比之和為100% ；所述碘化鋰和碘的無機(jī)混合物中，碘化鋰的質(zhì)量百分比為10 40%，碘的質(zhì)量百分比為60 90%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)磁性聚合物電解質(zhì)，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(quán)利要求1或2所述的固態(tài)磁性聚合物電解質(zhì)，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(quán)利要求1所述的固態(tài)磁性聚合物電解質(zhì)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(shí)，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(shí)，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(jī)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(dāng)中，密封，在60 80° C恒溫水浴下攪拌1 4小時(shí)，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(zhì)。
5.一種如權(quán)利要求1-3之一所述的磁性聚合物電解質(zhì)在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用。
全文摘要
一種固態(tài)磁性聚合物電解質(zhì)及其制備方法與應(yīng)用，該固態(tài)磁性聚合物電解質(zhì)由以下質(zhì)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(jī)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(zhì)的制備方法與應(yīng)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(zhì)，方法簡(jiǎn)單易行，能有效解決染料敏化太陽能電池液體電解質(zhì)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(zhuǎn)化效率，實(shí)現(xiàn)染料敏化太陽能電池的開發(fā)應(yīng)用。
文檔編號(hào)H01M14/00GK102543449SQ20121002370
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月3日
發(fā)明者易鵬飛, 楊英, 王惟嘉, 郭學(xué)益 申請(qǐng)人:中南大學(xué)