基于三元復合凝膠準固態電解質的染料敏化太陽電池及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種基于三元復合凝膠準固態電解質的染料敏化太陽電池及其制備方法，方法包括以下步驟：將聚合物、納米無機化合物和石墨烯共同作為膠凝劑與液態碘基電解質混合得三元復合凝膠準固態電解質，再通過絲網印刷的方法將三元復合凝膠準固態電解質印刷到電池的光陽極和對電極上，最后通過紫外固化膠將印刷了三元復合凝膠準固態電解質的光陽極和對電極組裝在一起，即形成三元復合凝膠準固態電解質的染料敏化太陽電池。本方法的制備工藝簡單，結合了多種材料的優異性能，電池組裝過程簡易快捷，可大大縮短組裝時間，同時可以有效提高準固態電解質與電極間接觸的充分性。

Dye sensitized solar cell based on three element composite gel quasi solid electrolyte and preparation method thereof

The invention discloses a three element composite gel based on quasi solid electrolyte of dye-sensitized solar cell and preparation method thereof. The method comprises the following steps: polymer, nano inorganic compounds and graphene as gelling agent and iodine based liquid electrolyte mixed three yuan composite gel quasi solid electrolyte, quasi solid composite gel will be three yuan through to the battery electrolyte printing screen printing method on the anode and the electrode, the UV curing adhesive will be printed three yuan composite gel of quasi solid electrolyte and anode electrode of light together, forming a dye-sensitized solar cell three element composite gel of quasi solid electrolyte. This method has the advantages of simple preparation technology, combined with the excellent performance of various materials, the battery assembly process is simple and quick, can greatly shorten the assembly time, and can effectively improve the adequacy of the quasi solid electrolyte and electrode contact.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種基于三元復合凝膠準固態電解質的染料敏化太陽電池及其制備方法，屬于新能源

技術介紹
染料敏化太陽電池作為第三代太陽能電池，具有效率高、制備工藝簡單、成本低等優點，其電池內部的電子傳輸是通過電解質的氧化還原反應完成，因此電解質是染料敏化太陽電池得以工作的關鍵組成成分。據物理形態可將電解質分為三種，即液態電解質、準固態電解質和固態電解質。其中，液態電解質具有較高的電導率和電子擴散系數，光電轉換效率最高，但存在電解液易泄漏，電池封裝難度大等缺陷；固態電解質可避免電解質泄漏的情況，由它組裝的染料敏化太陽電池易于封裝，但其光電轉換效率較低；而準固態電解質一方面可以避免液態電解質易泄漏難封裝的缺陷，另一方面比固態電解質在電池內具有更充分的接觸，其對光和熱的穩定性也比液態電解質高。因此，準固態電解質是染料敏化太陽電池電解質體系的最佳選擇。現已報道的準固態電解質制備均采用液態電解質中添加高分子聚合物進行凝膠，或首先制成高分子聚合物薄膜再吸收液態電解質，采用了高分子聚合物較高的熱穩定和機械性，但高分子聚合物由于導電性差，在一定程度上會影響電解質的電導率。目前的準固態電解質均存在一定的效率低、制備工藝復雜、電池封裝難度大等缺點。還有，由于準固態電解質具有一定的流動性和黏度，傳統的液態電解質灌注方法和固態電解質的組裝方法對準固態電解質均不適用。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是，提供一種穩定性高，壽命長，導電率高，電荷傳輸快，I3-的還原可進一步被催化的基于三元復合凝膠準固態電解質的染料敏化太陽電池；進一步地，本專利技術提供一種可提高光利用率，抑制暗反應和增強離子傳輸的基于三元復合凝膠準固態電解質的染料敏化太陽電池；更進一步地，本專利技術提供一種基于三元復合凝膠準固態電解質的染料敏化太陽電池的制備方法，該法可有效提升準固態電解質性能并解決準固態電解質難組裝的問題，該法制備工藝簡單，結合了多種材料的優異性能，電池組裝過程簡易快捷，可大大縮短組裝時間，同時可以有效提高準固態電解質與電極間接觸的充分性，所組裝的準固態染料敏化太陽電池穩定性高，壽命長，此方法便于大批量生產，有益于染料敏化太陽電池的產業化。為解決上述技術問題，本專利技術采用的技術方案為：基于三元復合凝膠準固態電解質的染料敏化太陽電池，包括以下組分，膠凝劑和液態碘基電解質；所述膠凝劑包括2~10wt%的聚合物、2~10wt%的納米無機化合物和2~10wt%石墨烯。所述液態碘基電解質包括低沸點的乙腈/戊腈為溶劑的碘基電解質和高沸點的3-甲氧基丙腈為溶劑的碘基電解質中的一種。所述聚合物為聚丙烯腈、聚環氧乙烷和聚-偏氟乙烯-六氟丙烯中的一種。所述納米無機化合物為TiO2納米粒子，粒徑大小為10~400nm。所述石墨烯為三維網狀結構。基于三元復合凝膠準固態電解質的染料敏化太陽電池的制備方法，包括以下步驟：將聚合物、納米無機化合物和石墨烯共同作為膠凝劑與液態碘基電解質混合得三元復合凝膠準固態電解質，再通過絲網印刷的方法將三元復合凝膠準固態電解質印刷到電池的光陽極和對電極上，最后通過紫外固化膠將印刷了三元復合凝膠準固態電解質的光陽極和對電極組裝在一起，即形成三元復合凝膠準固態電解質的染料敏化太陽電池。所述三元復合凝膠準固態電解質呈漿糊狀，其在20℃條件下黏度大于1.5Pa.s。所述紫外固化膠的點膠厚度高于光陽極、對電極和電解質厚度之和。本專利技術提供的一種基于三元復合凝膠準固態電解質的染料敏化太陽電池及其制備方法，采用本專利技術方法制備準固態染料敏化太陽電池，三元復合凝膠準固態電解質的制備工藝簡單，結合了多種材料的優異性能，電池組裝過程簡易快捷，可大大縮短組裝時間，同時可以有效提高準固態電解質與電極間接觸的充分性，所組裝的準固態染料敏化太陽電池穩定性高，壽命長，此方法便于大批量生產，有益于染料敏化太陽電池的產業化；2~10wt%石墨烯的加入，既可起到電荷傳輸的作用，又可催化I3-的還原；TiO2納米粒子的加入，可同時提高電解質的機械性能和電導率，還可提高光利用率，抑制暗反應和增強離子傳輸。具體實施方式下面對本專利技術作更進一步的說明。實施例1：基于三元復合凝膠準固態電解質的染料敏化太陽電池，包括以下組分，膠凝劑和液態碘基電解質；所述膠凝劑包括3wt%的聚合物、3wt%的納米無機化合物和3wt%石墨烯。基于三元復合凝膠準固態電解質的染料敏化太陽電池的制備方法，準備已經浸泡過染料的光陽極和對電極；配制三元復合凝膠準固態電解質：向液態碘基電解質中加入聚合物、納米無機化合物和石墨烯，其中，以高沸點的3-甲氧基丙腈為溶劑的碘基電解質作為液態電解質，聚合物為聚環氧乙烷，聚合物含量為3wt%，納米無機化合物為TiO2納米粒子，粒徑大小為10nm，含量為3wt%，石墨烯含量為3wt%，經攪拌混合均勻形成漿糊狀；通過絲網印刷機將漿糊狀的三元復合凝膠準固態電解質印刷到已經準備好的光陽極和對電極上，印刷完畢，在已印刷了三元復合凝膠準固態電解質的光陽極玻璃邊緣點上一圈紫外固化膠，點膠厚度高于光陽極、對電極和電解質厚度之和，然后將對電極壓到已點膠的光陽極上，盡力壓合保證兩片電極上的電解質完全接觸，最后在紫外燈下照射固化即完成基于三元復合凝膠準固態電解質的染料敏化太陽電池的制備。實施例2：基于三元復合凝膠準固態電解質的染料敏化太陽電池，包括以下組分，膠凝劑和液態碘基電解質；所述膠凝劑包括2wt%的聚合物、5wt%的納米無機化合物和2wt%石墨烯。基于三元復合凝膠準固態電解質的染料敏化太陽電池的制備方法，準備已經浸泡過染料的光陽極和對電極；配制三元復合凝膠準固態電解質：向液態碘基電解質中加入聚合物、納米無機化合物和石墨烯，其中，以低沸點的乙腈/戊腈為溶劑的碘基電解質作為液態電解質，聚合物為聚環氧乙烷，聚合物含量為2wt%，納米無機化合物為TiO2納米粒子，粒徑大小為10nm，含量為5wt%，石墨烯含量為2wt%，經攪拌混合均勻形成漿糊狀；通過絲網印刷機將漿糊狀的三元復合凝膠準固態電解質印刷到已經準備好的光陽極和對電極上，印刷完畢，在已印刷了三元復合凝膠準固態電解質的光陽極玻璃邊緣點上一圈紫外固化膠，點膠厚度高于光陽極、對電極和電解質厚度之和，然后將對電極壓到已點膠的光陽極上，盡力壓合保證兩片電極上的電解質完全接觸，最后在紫外燈下照射固化即完成基于三元復合凝膠準固態電解質的染料敏化太陽電池的制備。實施例3：基于三元復合凝膠準固態電解質的染料敏化太陽電池，包括以下組分，膠凝劑和液態碘基電解質；所述膠凝劑包括2wt%的聚合物、2wt%的納米無機化合物和2wt%石墨烯。基于三元復合凝膠準固態電解質的染料敏化太陽電池的制備方法，準備已經浸泡過染料的光陽極和對電極；配制三元復合凝膠準固態電解質：向液態碘基電解質中加入聚合物、納米無機化合物和石墨烯，其中，以低沸點的乙腈為溶劑的碘基電解質作為液態電解質，聚合物為聚丙烯腈，聚合物含量為2wt%，納米無機化合物為TiO2納米粒子，粒徑大小為400nm，含量為2wt%，石墨烯含量為2wt%，為三維網狀結構，經攪拌混合均勻形成漿糊狀；通過絲網印刷機將漿糊狀的三元復合凝膠準固態電解質印刷到已經準備好的光陽極和對電極上，印刷完畢，在已印刷了三元復合凝膠準固態電解質本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于三元復合凝膠準固態電解質的染料敏化太陽電池，其特征在于：包括以下組分，膠凝劑和液態碘基電解質；所述膠凝劑包括2~10wt%的聚合物、2~10wt%的納米無機化合物和2~10wt%石墨烯。

【技術特征摘要】
1.基于三元復合凝膠準固態電解質的染料敏化太陽電池，其特征在于：包括以下組分，膠凝劑和液態碘基電解質；所述膠凝劑包括2~10wt%的聚合物、2~10wt%的納米無機化合物和2~10wt%石墨烯。2.根據權利要求1所述的基于三元復合凝膠準固態電解質的染料敏化太陽電池，其特征在于：所述液態碘基電解質包括低沸點的乙腈/戊腈為溶劑的碘基電解質和高沸點的3-甲氧基丙腈為溶劑的碘基電解質中的一種。3.根據權利要求1所述的基于三元復合凝膠準固態電解質的染料敏化太陽電池，其特征在于：所述聚合物為聚丙烯腈、聚環氧乙烷和聚-偏氟乙烯-六氟丙烯中的一種。4.根據權利要求1所述的基于三元復合凝膠準固態電解質的染料敏化太陽電池，其特征在于：所述納米無機化合物為TiO2納米粒子，粒徑大小為10~400nm。5.根據權利要求1所述的基于三元復合凝膠準固態電解質的染料敏化太陽電池，其特征在...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉琴，文貴華，張繼遠，劉建國，吳聰萍，鄒志剛，
申請(專利權)人：南京大學昆山創新研究院，
類型：發明
國別省市：江蘇;32