一種敏化太陽能電池用聚合物電解質的製備方法
2023-05-30 13:48:26 1
一種敏化太陽能電池用聚合物電解質的製備方法
【專利摘要】本發明涉及敏化太陽能電池，特指一種敏化太陽能電池用聚合物電解質的製備方法。包括有序多孔聚合物薄膜的製備步驟1、聚合物電解質的製備步驟2、製備光陽極的步驟3、光陽極的敏化步驟4、製備對電極的步驟5和電池的組裝步驟6，有序多孔聚合物薄膜的製備步驟為：首先利用單分散微球在基板上製備光子晶體薄膜：接著將聚合物前驅體溶液灌入上述薄膜的孔隙中，進行聚合或等待溶劑揮發；然後將聚合物中的微球去除，並將聚合物薄膜從基板上分離；聚合物電解質的製備步驟為：將製備的聚合物薄膜在電解液中浸泡，使其充分吸附電解液後即製成聚合物電解質。聚合物電解質的有序多孔結構可以提高電池的能量轉換效率和在特定波長範圍內的量子效率。
【專利說明】—種敏化太陽能電池用聚合物電解質的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及敏化太陽能電池，特指一種具有有序多孔結構的敏化太陽能電池用聚合物電解質的製備方法。
【背景技術】
[0002]1991年，O』 Regan和Gdtzel報導了首例染料敏化太陽能電池，其能量轉換效率為7% ;至今，基於不同電解質和敏化劑的敏化太陽能電池效率已經突破11%，但其實用化仍依賴以下兩個方面的突破:更高的能量轉換效率~15%)和更好的穩定性；短路光電流CA。)是影響染料敏化太陽能電池效率的重要因素之一，它主要由敏化劑(染料)所捕獲光能的數量和電子在光陽極半導體中的輸運決定；針對提高短路光電流的研究一般集中在新的染料的設計開發方面，因為被廣泛使用的Ν719染料在600 - 750 nm波長範圍內的光吸收較弱，而AM 1.5的太陽光中有超過60%的能量處於600 nm波長以上的範圍內；目前，無論是使用液態或固態電解質，能量轉換效率領先的染料敏化太陽能電池均採用了新型染料，包括原有敏化劑的改進和給_受體取代的B卜啉敏化劑(Donor - Acceptor Substituted Porphyrin)等；然而，單純依賴新型染料目前仍不能完全解決染料敏化太陽能電池在近紅外區域光捕獲效率低的問題；為此，具有各種光學效應的微納結構被引入到光陽極之中，來提高電池對低能量光子的吸收，例如，採用新型多吡啶釕敏化劑的電池雖然在550 nm波長附近達到了最大量子效率~85%)，但在紅光和近紅外區域量子效率下降很快，需要藉助光陽極的TiO2光散射層來增強電池在紅光和近紅外區域的光捕獲效率；此外，引入光陽極光子晶體結構是提高電池光捕獲效率的另一途徑，通過在具有高表面積的介孔TiO2層上形成一層三維TiO2反蛋白石光子晶體結構，可以對從光陽極入射的特定波長範圍內的光進行反射，從而提高電池的量子效率(從~25。/。到45%)和能量轉換效率(從6.5%到8.3%);儘管上述光陽極上的光散射和反射層可以增強電池的光捕獲能力，但也帶來了一些問題:首先，使光陽極無機半導體(如TiO2)層增厚，不利於電解質的滲透，特別是使用準固態或固態電解質，使電解質與光陽極的接觸不良，其次，延長了電子輸運至電極的路徑，並引入多重顆粒界面，從而影響電池的電荷輸運與複合，對開路光電壓、短路光電流及能量轉換效率造成不良影響。
[0003]本發明針對光陽極上半導體光散射和反射層存在的問題，提出在聚合物電解質中形成有序多孔結構，即一種光子禁帶結構，從而利用電解質來實現對特定波長範圍內光的反射，提高敏化太陽能電池的性能，該方法未見專利或非專利文獻報導。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於克服上述現有技術存在的缺陷與不足，開發一種新型的聚合物電解質，並將其用于敏化太陽能電池(如圖1所示)。 [0005]本發明提出的聚合物電解質及其相關的敏化太陽能電池的製備方法包括以下步驟:
O有序多孔聚合物薄膜的製備:首先利用單分散微球在基板上製備光子晶體薄膜:接著將聚合物前驅體溶液灌入上述薄膜的孔隙中，進行聚合或等待溶劑揮發；然後將聚合物中的微球去除，並將薄膜從基板上分離(如圖2所示)。
[0006]2)聚合物電解質的製備:將步驟I)中製備的薄膜在電解液中浸泡，使其充分吸附電解液後即製成聚合物電解質。
[0007]3)製備光陽極:在清潔的導電玻璃上製備具有一定厚度的無機半導體層。
[0008]光陽極的製備方法為常規技術手段，這裡不再詳述，具體見實施例！
4)光陽極的敏化:製備的光陽極採用染料、量子點或金屬敏化。
[0009]光陽極的敏化為為常規技術手段，這裡不再詳述，具體見實施例！
5)製備對電極:將H2PtCl63H20的異丙醇溶液塗覆到透明導電玻璃上，待溶劑揮發後放入馬弗爐中450 T煅燒30 min。
[0010]6)電池的組裝:將步驟4)製備的敏化光陽極、步驟2)製備的聚合物電解質和步驟5)製備的對電極像三明治一樣組合起來，其中光陽極和對電極之間用一定厚度的沙林膜進行隔離，並使用電絡鐵加熱進行行粘合(如圖3所示)；沙林膜中間開孔，覆蓋在Ti02周圍，因此僅對邊緣起到密封作用，而電池的中間有效部位不含沙林膜。
[0011]所述步驟I)中的利用單分散微球在基板上製備光子晶體薄膜指:a)將二氧化矽微球分散液(市售)離心純化後得到微球再分散到乙醇(AR，市售)中，調節其濃度為I被％至
10wt% ；b)將清潔的玻璃載玻片(市售)斜插入到a)中製備的二氧化矽微球的乙醇分散液，並靜置等待乙醇揮發後，即在玻璃基板上製得二氧化矽微球光子晶體薄膜。
[0012]所述二氧化娃微球粒徑優選為100 nm至600 nm。
[0013]所述步驟I)中的聚合物前驅體溶液為含有引發劑和聚合物單體的溶液(溶液A)，聚合物溶液(溶液B)或同時包含引發劑、聚合物單體和聚合物的溶液(溶液C)。
[0014]所述溶液A指溶解引發劑偶氮二異丁腈(AIBN)的甲基丙烯酸縮水甘油酯，其中AIBN的用量優選為甲基丙烯酸縮水甘油酯質量的1%至10%。
[0015]所述溶液B指聚偏氟乙烯(PVdF)的丙酮溶液、偏氟乙烯一六氟丙烯共聚物(PVdF-HFP)的丙酮溶液或聚丙烯腈的二甲基甲醯胺溶液；其中聚合物的質量百分數優選為2% 至 10% ο
[0016]所述溶液C指包含丙烯酸(AA)、N, N-亞甲基雙丙烯醯胺(NMBA)、明膠和過硫酸銨的水溶液，AA的質量百分數優選為20%至60% ;其中NMBA為交聯劑，與AA搭配使用，它的用量為AA質量的1%至10% ;明膠與NMBA、AA搭配使用，它的用量為AA質量的10% ；過硫酸銨為引發劑，用量優選為AA質量的1%至10%。
[0017]所述步驟I)中聚合工藝是將含有聚合物單體的前驅體溶液灌注到I)中製備的含有二氧化矽微球光子晶體薄膜的玻璃基板之上，再將玻璃基板放入烘箱中，在50-80 ° C下反應1-5 h,製得聚合物薄膜。
[0018]所述步驟I)中薄膜與基板的分離、微球的除去是通過將覆蓋薄膜的基板浸入HF水溶液中實現，HF水溶液的質量百分濃度優選為2-10%。
[0019]所述步驟2)中的電解液無特定要求，但應對步驟I)和2)所製備的聚合物薄膜無溶解作用。
[0020]所述步驟2)中的浸泡時間為6至48 h。
[0021]所述步驟3)中光陽極上的無機半導體的成分為但不限於TiO2，無機半導體層的形態為但不限於顆粒或納米棒。
[0022]所述TiO2納米顆粒無特別限制，其顆粒大小優選為20 nm至100 nm。
[0023]所述TiO2納米顆粒層的厚度無特別限制，優選為5 μ m至20 μ m。
[0024]所述TiO2納米棒的長度和直徑無特別限制，分別優選為3 μ m至12 μ m和0.2 μ m至I μ m;厚度就是棒的長度。
[0025]所述步驟4)中的敏化劑為但不限於染料N719,量子點Ag2S或納米金。
[0026]所述步驟5)中對電極的塗覆方法為但不限於滴塗或旋塗。
[0027]所述步驟5)中H2PtCl63H20異丙醇溶液的濃度優選為0.1%至1%。
[0028]所述步驟6)中沙林膜的厚度優選為50 μ m至200 μ m。
[0029]本發明提出的聚合物電解質與現有同類電解質的區別在於:
1.具有有序多孔結構，形成光子禁帶，可對特定波長範圍內的光進行強烈的反射。
[0030]2.採用本發明提出的聚合物電解質的敏化太陽能電池性能要優於採用無孔或無序多孔聚合物電解質的電池。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]圖1為採用有序多孔結構聚合物電解質的敏化太陽能電池示意圖；1入射光、2光陽極、3聚合物電解質有序多孔結構反射的光、4含有有序多孔結構的聚合物電解質、5對電極。
[0032]圖2為製備有序多孔結構聚合物薄膜的示意圖；6單分散微球、7基板、8聚合物單體和/或聚合物溶液、9含有有序多孔結構的聚合物薄膜、10有序多孔結構。
[0033]圖3為本發明中電池組裝的示意圖，上排為截面圖，下排為俯視圖；11光陽極的導電玻璃、12沙林膜、13敏化的Ti02層、14聚合物電解質、15對電極。
【具體實施方式】
[0035]本發明用下列實施例來進一步說明本發明的技術特徵，但本發明的保護範圍並非限於下列實施例。
[0036]實施例1
O有序多孔聚合物薄膜的製備:a)將二氧化矽微球分散液(300 nm，市售)離心純化後得到二氧化矽微球再分散到乙醇(AR，市售)中，調節其濃度為5 wt% ；b)將清潔的玻璃載玻片(市售)斜插入到a)中製備的二氧化矽微球的乙醇分散液，並靜置等待乙醇揮發後，即在玻璃基板上製得二氧化矽微球光子晶體薄膜；c)將I g明膠(市售)、10 g AA (CP，市售)、0.8g過硫酸銨(AR，市售，佔AA質量的8%)和0.1 g NMBA (AR，市售，佔AA質量的1%)溶解於15 ml水中，再將該溶液灌注到b)中製備的含有二氧化矽微球光子晶體薄膜的玻璃基板之上；d)將c)中得到的玻璃基板放入烘箱中80 ° C反應2 h，製得聚合物薄膜。
[0037]2)無孔或無序多孔聚合物薄膜的製備:a)將I g明膠(市售)、10 g AA (CP，市售)、0.8 g過硫酸銨(AR，市售，佔AA質量的8%)和0.1 g NMBA (AR，市售，佔AA質量的1%)溶解於15 ml水中，再將該溶液灌注到清潔的玻璃基板上；b)將a)中得到的玻璃基板放入烘箱中80 ° C反應2 h，製得無孔聚合物薄膜，該薄膜不含亞微米或微米級孔洞。
[0038]3)聚合物電解質的製備:a)將I)和2)製備的聚合物薄膜分別放入4 wt%HF水溶液中，使其與玻璃基板脫離並溶解I)薄膜內的二氧化矽微球山)將a)中得到的聚合物薄膜分別放入純水中，去除多餘的HF ;c)將b)製得的薄膜分別放入電解液(0.5 M LiI (AR，市售)、0.05 M of iodine (AR,市售)和 0.5 M 4_i6?r1-butylpy;ridine (AR,市售)的乙臆(AR,市售)溶液)中浸泡12 h，充分吸附電解液，所得含有有序多孔結構的聚合物電解質的光反射峰位置在720 nm附近。
[0039]4)製備光陽極:a)將0.2 gTi02納米粉末(21 nm，市售)加入到水、乙醇和乙酸(AR，市售)的混合溶劑中，其中乙醇為2 mL，水和乙醇的體積比為2/3，乙酸和乙醇的體積比為1/10，Τ?02粉末在混合溶劑中的質量百分數約為6% ；b)向a)中得到的混合物中滴加0.02g Triton X-100 (AR，市售)，其在混合溶劑中的質量百分數約為0.6% ;c)對b)中得到的混合物進行超聲10 min和攪拌2 h，直至混合物呈乳白色的泥漿狀；d)將c)中得到乳白色漿料用塗膜器在清潔的導電玻璃表面成膜，其中塗膜器與導電玻璃表面的間距控制為20 ym；e)待所成膜中溶劑揮發後，放入馬弗爐中450 ° C煅燒30 min ;f)將e)中所得的電極放入70 ° C40 mM的TiC14 (AR，市售)水溶液中，並保溫30 min，然後用純水洗淨，放入馬弗爐中450 ° C再次煅燒30 min，最後所得光陽極表面的Ti02顆粒層的厚度約為5 μ m。
[0040]5)光陽極的敏化:將4)中製備的光陽極放入0.5 mM N719 (95%市售)的乙醇溶液中浸泡24 h。
[0041]6)製備對電極:將lwt%的H2PtCl63H20 (AR，市售)異丙醇(AR，市售)溶液滴塗到清潔的導電玻璃上，待異丙醇揮發後，將導電玻璃放入馬弗爐中450 ° C煅燒30 min。
[0042]7)電池的組裝: 將步驟3)製備的聚合物電解質分別與步驟5)製備的敏化光陽極和步驟6)製備的對電極像三明治一樣組合起來，其中光陽極和對電極之間用沙林膜(0.2mm,市售)進行隔離，並用電烙鐵使沙林膜融化，完成電池的封裝；沙林膜中間開孔，覆蓋在TiO2周圍，因此僅對邊緣起到密封作用，而電池的中間有效部位不含沙林膜。
[0043]對組裝的電池進行1-V曲線(在AM 1.5 G的模擬太陽光下)和量子效率測試，發現基於有序多孔結構聚合物電解質的電池的能量轉換率達6.3%，而基於無孔結構聚合物電解質的電池的能量轉換率為5.1%，且前者在680 nm至750 nm波長範圍內的量子效率要高於後者，表明有序多孔結構聚合物電解質對該波長範圍內的光進行反射，提高了光陽極的捕獲能力和電池的性能。
[0044]實施例2
在實施例1步驟I)中將二氧化矽微球的粒徑改為200 nm，離心純化後調節其在乙醇中的濃度為8 wt%，則所得含有有序多孔結構的聚合物電解質的光反射峰位置在550 nm附近。
[0045]在實施例1步驟I)和2)過硫酸銨的用量改為0.2 g，佔AA質量的2% ;將NMBA的用量改為0.5 g，佔AA質量的5%。
[0046]對組裝的電池進行1-V曲線(在AM 1.5 G的模擬太陽光下)和量子效率測試，發現基於有序多孔結構聚合物電解質的電池的能量轉換率達5.9%，而基於無孔結構聚合物電解質的電池的能量轉換率為5%，且前者在510 nm至590 nm波長範圍內的量子效率要高於後者，表明有序多孔結構聚合物電解質對該波長範圍內的光進行反射，提高了光陽極的捕獲能力和電池的性能。
[0047]實施例3
在實施例1步驟I)中將微球粒徑改為400 nm，將質量百分數為3%的PVdF-HFP (市售)的丙酮(AR，市售)溶液灌注到含有微球光子晶體薄膜的玻璃基板之上，並在溼度為1%以下的環境中揮發丙酮。
[0048]在步驟2)中將3% PVdF-HFP (市售)的丙酮(AR，市售)溶液灌注到玻璃基板上，並在溼度為50%的環境中揮發丙酮，則得到具有無序多孔結構的聚合物薄膜。
[0049]在步驟3)中所得含有有序多孔結構的聚合物電解質的光反射峰位置在810 nm附近。
[0050]對組裝的電池進行1-V曲線(在AM 1.5 G的模擬太陽光下)和量子效率測試，發現基於有序多孔結構聚合物電解質的電池的能量轉換率達3.3%，而基於無序多孔結構聚合物電解質的電池的能量轉換率為2.9%，且前者在780 nm至820 nm波長範圍內的量子效率要高於後者，表明有序多孔結構聚合物電解質對該波長範圍內的光進行反射，提高了光陽極的捕獲能力和電池的性能。
[0051]實施例4
將實施例3步驟I)和2)中聚合物改為PVdF，其質量百分數改為5%，則在步驟2)製得無序多孔結構的聚合物薄膜。
[0052]在步驟3)中所得含有有序多孔結構的聚合物電解質的光反射峰位置在800 nm附近。
[0053]對組裝的電池進行1-V曲線(在AM 1.5 G的模擬太陽光下)和量子效率測試，發現基於有序多孔結構聚合物電解質的電池的能量轉換率達3.4%，而基於無序多孔結構聚合物電解質的電池的能量轉換率為2.8%，且前者在770 nm至830 nm波長範圍內的量子效率要高於後者，表明有序多孔結構聚合物電解質對該波長範圍內的光進行反射，提高了光陽極的捕獲能力和電池的性能。
[0054]實施例5
在實施例1步驟l)c)中將0.1 g AIBN (AR，市售，佔甲基丙烯酸縮水甘油酯質量的2%)溶解於5 g甲基丙烯酸縮水甘油酯(CP，市售)中，再將其灌注到含有微球光子晶體薄膜的玻璃基板之上，並放入烘箱中60 ° C反應5 h，製得聚合物薄膜。
[0055]在步驟2)中將0.1 g AIBN (AR，市售，佔甲基丙烯酸縮水甘油酯質量的2%)溶解於5 g甲基丙烯酸縮水甘油酯(CP，市售)中，再將其灌注到玻璃基板上，並放入烘箱中60 ° C反應5 h，製得無孔聚合物薄膜。
[0056]在步驟3)中所得含有有序多孔結構的聚合物電解質的光反射峰位置在700 nm附近。
[0057]對組裝的電池進行1-V曲線(在AM 1.5 G的模擬太陽光下)和量子效率測試，發現基於有序多孔結構聚合物電解質的電池的能量轉換率達4.5%，而基於無孔結構聚合物電解質的電池的能量轉換率為4.1%，且前者在670 nm至740 nm波長範圍內的量子效率要高於後者，表明有序多孔結構聚合物電解質對該波長範圍內的光進行反射，提高了光陽極的捕獲能力和電池的性能。
[0058]實施例6
在實施例1步驟l)c)中將I g聚丙烯腈(市售)溶解於IOml 二甲基甲醯胺(AR，市售)，再將其灌注到含有微球光子晶體薄膜的玻璃基板之上，並放入烘箱中80 ° C乾燥2 h，製得聚合物薄膜。[0059]在步驟2)中將I g聚丙烯腈(市售)溶解於10 ml 二甲基甲醯胺(AR，市售)，再將其灌注到玻璃基板上，並放入烘箱中80 ° C乾燥2 h，製得無孔聚合物薄膜。
[0060]在步驟3)中所得含有有序多孔結構的聚合物電解質的光反射峰位置在690 nm附近。
[0061]對組裝的電池進行1-V曲線(在AM 1.5 G的模擬太陽光下)和量子效率測試，發現基於有序多孔結構聚合物電解質的電池的能量轉換率達3.5%，而基於無孔結構聚合物電解質的電池的能量轉換率為3.1%，且前者在670 nm至720 nm波長範圍內的量子效率要高於後者，表明有序多孔結構聚合物電解質對該波長範圍內的光進行反射，提高了光陽極的捕獲能力和電池的性能。
[0062]實施例7
在實施例1步驟3)中，將電解液改為0.5 M LiI,0.05 M of iodine和0.5 M4-ter1-butylpyridine的異丙醇溶液，則所得含有有序多孔結構的聚合物電解質的光反射峰位置在690 nm附近。
[0063]對組裝的電池進行1-V曲線(在AM 1.5 G的模擬太陽光下)和量子效率測試，發現基於有序多孔結構聚合物電解質的電池的能量轉換率達5.9%，而基於無孔結構聚合物電解質的電池的能量轉換率為4.9%，且前者在650 nm至720 nm波長範圍內的量子效率要高於後者，表明有序多孔結構聚合物電解質對該波長範圍內的光進行反射，提高了光陽極的捕獲能力和電池的性能。
[0064]實施例8
在實施例1步驟3)中，將電解液改為400 mM K4Fe (CN) 6( AR，市售)、40 mM K3Fe (CN) 6( AR，市售)和100 mM KCl (AR，市售)的水溶液，則所得含有有序多孔結構的聚合物電解質的光反射峰位置在730 nm附近。
[0065]步驟5)中改用納米金敏化:a)用0.2 M氫氧化鈉(AR，市售)水溶液將0.01 M的HAuC143H20 (AR，市售)水溶液的pH值調節至8 ；b)將4)中製備光陽極放入a)中pH值調節後的HAuC143H20水溶液中，並保持8 h ;c)取出HAuC143H20水溶液中的光陽極，用純水衝洗後放入馬弗爐中，200 ° C煅燒2 h，則在Ti02顆粒表面形成球狀納米金，其平均粒徑約為 2.3 nm。
[0066]對組裝的電池進行1-V曲線(在AM 1.5 G的模擬太陽光下)和量子效率測試，發現基於有序多孔結構聚合物電解質的電池的能量轉換率達1.4%，而基於無孔結構聚合物電解質的電池的能量轉換率為1%，且前者在690 nm至760 nm波長範圍內的量子效率要高於後者，表明有序多孔結構聚合物電解質對該波長範圍內的光進行反射，提高了光陽極的捕獲能力和電池的性能。
[0067]實施例9
在實施例1步驟3)中，將0.5 MNa2S,2 MS,0.2 MKCl和0.5 MnaOH溶解於乙醇和水的混合溶劑(7:3 v/v)中，並作為電解液，則所得含有有序多孔結構的聚合物電解質的光反射峰位置在720 nm附近。
[0068]在步驟4)中製備TiO2納米棒光陽極:a)將30 mL水和30 mL 36 wt%的鹽酸(AR，市售)進行混合，溶液中鹽酸濃度約為19 wt% ；b)向攪拌中的a)溶液滴加0.8 mL鈦酸四正丁酯(AR，市售)，滴加完畢後繼續攪拌30 min，直至所得溶液澄清透明，所得鈦酸四正丁酯的濃度約為I Wt% ；c)將清潔的導電玻璃傾斜放入容積為100 mL的聚四氟乙烯反應釜內襯中，其導電面朝下，接著將b)中的溶液倒入內襯中，擰緊反應釜，放入150 ° C烘箱反應20h ；d)將c)中得到的電極放入馬弗爐中450 ° C煅燒30 min ；e)將d)中所得的電極放入70° 040禮的11(:14水溶液中，並保溫30 1^11，然後用純水洗淨，放入馬弗爐中450 ° C再次煅燒30 min,所得TiO2納米棒的平均長度和直徑分別約為7 μ m和200 nm。
[0069]步驟5)中改用量子點Ag2S敏化:a)將步驟4)製備的Ti02納米棒光陽極浸入含有 0.2 mL 0.1 M 硝酸銀溶液和 0.2 g polyvinylpyrrolidone (MW I, 300, 000，市售)的乙醇溶液中，然後在紫外光下照射IOmin ;b)將a)中得到的光陽極浸入到含有I M Na2S (AR，市售)和2MS (AR，市售)的甲醇溶液中，並在50 ° C下反應8h ;c)將b)中得到的電極依次浸入到0.1 M Zn(CH3COO)2和0.1 M Na2S水溶液中I min，即完成光陽極的敏化。
[0070]對組裝的電池進行1-V曲線(在AM 1.5 G的模擬太陽光下)和量子效率測試，發現基於有序多孔結構聚合物電解質的電池的能量轉換率達1%，而基於無孔結構聚合物電解質的電池的能量轉換率為0.83%，且前者在690 nm至740 nm波長範圍內的量子效率要高於後者，表明有序多孔結構聚合物電解質對該波長範圍內的光進行反射，提高了光陽極的捕獲能力和電池的性能。
[0071]實施例10
在實施例8步驟3)中，電解液為含有0.22MCo(bpy)3(PF6)2 (自製)、0.033 MCo (bpy) 3 (PF6) 3 (自製)、0.I M LiClO4 (CP,市售)和 0.5 M 4-1er1-butylpyridine 的乙臆(AR，市售)溶液，則所得含有有序多孔結構的聚合物電解質的光反射峰位置在720 nm附近。
[0072]在步驟4)中所使用TiO2顆粒平均粒徑為80 nm (市售)，用所述塗膜器在同一導電玻璃表面重複3次，則得到的TiO2顆粒層的厚度約為13 μ m。
[0073]對組裝的電池進行1-V曲線(在AM 1.5 G的模擬太陽光下)和量子效率測試，發現基於有序多孔結構聚合物電解質的電池的能量轉換率達1.9%，而基於無孔結構聚合物電解質的電池的能量轉換率 為1.5%，且前者在690 nm至730 nm波長範圍內的量子效率要高於後者，表明有序多孔結構聚合物電解質對該波長範圍內的光進行反射，提高了光陽極的捕獲能力和電池的性能。
[0074]實施例11
在實施例9步驟4)中將20 mL水和40 mL 36 wt%的鹽酸進行混合，溶液中鹽酸濃度約為25 wt%，滴加的鈦酸四丁酯的量變為1.6 mL，所得鈦酸四正丁酯的濃度約為2wt%。反應後所得TiO2納米棒的平均長度和直徑分別約為10 μ m和500 nm。
[0075]在步驟7)中所使用沙林膜厚度為0.1 mm。
[0076]對組裝的電池進行1-V曲線(在AM 1.5 G的模擬太陽光下)和量子效率測試，發現基於有序多孔結構聚合物電解質的電池的能量轉換率達1.1%，而基於無孔結構聚合物電解質的電池的能量轉換率為0.8%，且前者在690 nm至740 nm波長範圍內的量子效率要高於後者，表明有序多孔結構聚合物電解質對該波長範圍內的光進行反射，提高了光陽極的捕獲能力和電池的性能。
[0077]實施例12
在實施例1步驟6)中H2PtCl63H20異丙醇溶液的濃度為0.5 wt%,採用2000 rpm旋塗在清潔的導電玻璃上。[0078] 對組裝的電池進行1-V曲線(在AM 1.5 G的模擬太陽光下)和量子效率測試，發現基於有序多孔結構聚合物電解質的電池的能量轉換率達6.3%，而基於無孔結構聚合物電解質的電池的能量轉換率為5.2%，且前者在680 nm至750 nm波長範圍內的量子效率要高於後者，表明有序多孔結構聚合物電解質對該波長範圍內的光進行反射，提高了光陽極的捕獲能力和電池的性能。
【權利要求】
1.一種敏化太陽能電池用聚合物電解質的製備方法，包括有序多孔聚合物薄膜的製備步驟1、聚合物電解質的製備步驟2、製備光陽極的步驟3、光陽極的敏化步驟4、製備對電極的步驟5和電池的組裝步驟6，其特徵在於:所述有序多孔聚合物薄膜的製備步驟為:首先利用單分散微球在基板上製備光子晶體薄膜:接著將聚合物前驅體溶液灌入上述薄膜的孔隙中，進行聚合或等待溶劑揮發；然後將聚合物中的微球去除，並將聚合物薄膜從基板上分離；所述聚合物電解質的製備步驟為:將步驟I)中製備的聚合物薄膜在電解液中浸泡，使其充分吸附電解液後即製成聚合物電解質。
2.如權利要求1所述的一種敏化太陽能電池用聚合物電解質的製備方法，其特徵在於:所述步驟I中的利用單分散微球在基板上製備光子晶體薄膜指:a)將二氧化矽微球分散液(市售)離心純化後得到微球再分散到乙醇(AR，市售)中，調節其濃度為I被％至10 wt% ；b)將清潔的玻璃載玻片(市售)斜插入到a)中製備的二氧化矽微球的乙醇分散液，並靜置等待乙醇揮發後，即在玻璃基板上製得二氧化矽微球光子晶體薄膜。
3.如權利要求2所述的一種敏化太陽能電池用聚合物電解質的製備方法，其特徵在於:所述二氧化娃微球粒徑為100 nm至600 nm。
4.如權利要求1所述的一種敏化太陽能電池用聚合物電解質的製備方法，其特徵在於:所述步驟I中的聚合物前驅體溶液為含有引發劑和聚合物單體的溶液(溶液A)，聚合物溶液(溶液B)或同時包含引發劑、聚合物單體和聚合物的溶液(溶液C)； 所述溶液A指溶解引發劑偶氮二異丁腈(AIBN)的甲基丙烯酸縮水甘油酯，其中AIBN的用量為甲基丙烯酸縮水甘油酯質量的1%至10% ； 所述溶液B指聚偏氟乙烯(PVdF)的丙酮溶液、偏氟乙烯一六氟丙烯共聚物(PVdF-HFP)的丙酮溶液或聚丙烯腈的二甲基甲醯胺溶液；其中聚合物的質量百分數為2%至10% ； 所述溶液C指含丙烯酸(AA)、N, N-亞甲基雙丙烯醯胺(NMBA)、明膠和過硫酸銨的水溶液，AA的質量百分數為20%至60% ;其中NMBA為交聯劑，與AA搭配使用，它的用量為AA質量的1%至10% ;明膠與NMBA、AA搭配使用，它的用量為AA質量的10% ；過硫酸銨為引發劑，用量為AA質量的1%至10%。
5.如權利要求1所述的一種敏化太陽能電池用聚合物電解質的製備方法，其特徵在於:所述步驟I中聚合工藝是將含有聚合物單體的前驅體溶液灌注到含有二氧化矽微球光子晶體薄膜的玻璃基板之上，再將玻璃基板放入烘箱中，在50-80 ° C下反應1-5 h，製得聚合物薄膜。
6.如權利要求1所述的一種敏化太陽能電池用聚合物電解質的製備方法，其特徵在於:所述步驟I中薄膜與基板的分離、微球的除去是通過將覆蓋薄膜的基板浸入HF水溶液中實現，HF水溶液的質量百分濃度為2-10%。
7.如權利要求1所述的一種敏化太陽能電池用聚合物電解質的製備方法，其特徵在於:所述步驟2中的電解液應對所製備的聚合物薄膜無溶解作用；浸泡時間為6至48 h。
8.如權利要求1所述的一種敏化太陽能電池用聚合物電解質的製備方法，其特徵在於:所述步驟3)中光陽極上的無機半導體的成分為但不限於TiO2，無機半導體層的形態為但不限於顆粒或納米棒； 所述TiO2納米顆粒大小為20 nm至100 nm ； 所述TiO2納米顆粒層的厚度為5 μ m至20 μ m ；所述TiO2納米棒的長度和直徑為3 ym至12 ym和0.2 ym至I μ m;厚度就是棒的長度。
9.如權利要求1所述的一種敏化太陽能電池用聚合物電解質的製備方法，其特徵在於:所述步驟4)中的敏化劑為但不限於染料N719，量子點Ag2S或納米金。
10.如權利要求1所述的一種敏化太陽能電池用聚合物電解質的製備方法，其特徵在於製備對電極的步驟為:將H2 PtCl6CH2O的異丙醇溶液塗覆到透明導電玻璃上，待溶劑揮發後放入馬弗爐中450 °C煅燒30 min ;所述對電極的塗覆方法為但不限於滴塗或旋塗；所述H2PtCl6*3H20異丙醇溶液的濃度為0.lwt%至lwt%。
【文檔編號】H01G9/20GK104008884SQ201410097137
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年3月17日 優先權日:2014年3月17日
【發明者】張帥, 董功雨, 丁建寧, 袁寧一 申請人:常州大學