染料敏化纳米薄膜太阳电池电解质的优化

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1、维普资讯http://www.cqvip.comVo1．26高等学校化学学报NO．32005年3月CHEMICALJOURNALOFCHINESEUNIVERSITIES518～521染料敏化纳米薄膜太阳电池电解质的优化戴松元，肖尚锋，史成武，陈双宏，黄阳，孔凡太胡林华，潘旭，隋毅峰，翁坚，王孔嘉(中国科学院等离子体物理研究所，合肥230031)摘要探讨了小面积染料敏化纳米薄膜太阳电池放大到大面积太阳电池组件时，各种电解质体系对电池性能的影响，综合优化了各种电解质的性能，同时与大面积电池(o．8Cm×18cm)制作相结合，获得符合电池各种性能

2、要求的最佳配比的电解质体系．光电转换效率可达到6．48．关键词染料敏化；太阳电池；电解质；烷基咪唑碘中图分类号TK514文献标识码A文章编号0251—0790(2005)03—0518—04自从Gr~tzel等[1]研究染料敏化纳米薄膜太阳电池(DSCs)取得突破性进展以来，这类电池的发展很快．目前，DSCs(面积d0．5cm)的光电转换效率已达到11．04引．但是对于大面积、具有实用化意义的电池效率一直在5左右(最高为5．9)[3]，面积大于100cm的电池尚未见报道．在液体电解质的DSCs研究中，常以乙腈(AcN)和沸点较高的戊腈(VN)

3、及3一甲氧基丙腈(MPN)为溶剂，由于这些腈类化合物极性大、粘度和熔点低，电化学稳定性好，对TiO：膜及染料无影响．还采用4一叔丁基吡啶(TBP)和熔点较高的4，4一二叔丁基一2，2一二联吡啶(DTBP)及N一甲基苯并咪唑(NBI)作为常用的添加剂来抑制暗电流，改善电池性能Eh引．这些烷基咪唑碘盐中的烷基咪唑阳离子在纳米TiO：表面上发生多层吸附，还可以提高电子在多孔膜中的扩散系数[1．s]．我们在综合优化电解质的基础上，获得光电转换效率达6．489，6的大面积DSCs，改善了电池密封性能，为DSCs的工业化奠定了基础．1实验部分1．1试剂所

4、用试剂ACN，VN，MPN，I：，LiI和TBP皆为Fluka公司A．R．级试剂．1．2电解质4，4r_二叔丁基一2，2'-二联吡啶(DTBP)和烷基咪唑碘的合成(1)DTBP的合成：将4一叔丁基吡啶与适量催化剂Pd／C放人三颈瓶中，加热回流至反应完全，用无水乙醇将混合物稀释过滤、蒸干、升华提纯．(2)1，2一二甲基一3一丙基咪唑碘(DMPII)和1一甲基一3一丙基咪唑碘(MPII)的合成：将1，2一二甲基咪唑(1，2-DMI)提纯，取26．0g1，2-DMI放入反应瓶中，加入69．9g碘丙烷于40mL1，1，1一三氯乙烷中，在N：气保护下，

5、用65℃水浴加热2～3h，反应结束后抽滤，用三氯乙烷洗涤，真空干燥．(3)1一甲基一3一丙基咪唑碘(MPII)使用1一甲基咪唑与碘丙烷按上述方法合成．(4)1一甲基一3一己基咪唑碘(HMII)合成：称取17．7g1一甲基咪唑和碘已烷放人反应瓶中，在N：气保护下，于室温反应14h，过夜后，用水浴加热至50℃，反应7h，反应结束后冷却至室温，用50mL乙醚萃取3次，真空干燥．上述合成的DTBP，DMPII，MPII和HMII样品(结构见Scheme1)，经600MHzHNMR(DMX一600，Bruker，Swiss)表征，其纯度均满足太阳电池所

6、用电解质的要求．收稿日期l2004—04．O1．基金项目国家重点基础研究规划项目(批准号；G2000028207)资助．联系人简介戴松元(1967年出生)，男，研究员，博士生导师，从事染料敏化纳米薄膜太阳电池研究．E．mailtsydai@ipp．ac．ca维普资讯http://www.cqvip.comN0．3戴松元等：染料敏化纳米薄膜太阳电池电解质的优化cH3cH3。一rICHzCHzCH3占H：cH：cH：cH2cH2cH。Scheme1Structuresofalkylimidazoliumiodide1．3纳米TiO：多孔膜的制备用

7、Sol—gel法，以钛酸四异丙酯为原料，调节水溶液的pH值，获得澄清、透明溶胶．调节高压釜热处理温度和时间，获得直径为10~50nm的TiO：颗粒，凝胶经离心分离后，加入一定量的添加剂，获得丝网印刷TiO：浆料．将其置于导电玻璃上，经高温焙烧后获得纳米TiO：多孔薄膜[6]．1．4染料光敏化剂的合成利用4，4一二甲基一2，2一二联吡啶、三氯化钌和DMF等试剂，按文献E23的方法制备N719染料．1．5DSCs的组装以及光伏特性的测试将1．3节中烧结好的纳米TiO：多孔膜在染料溶液中浸泡一昼夜，把它和涂有铂的导电玻璃用高分子薄膜密封，真空灌注电

8、解质，密封．制成DSCs，单条电池有效面积为12．6cmz．DSCs光伏特性通过标准光源(300SQ，中国科学院长春光机所制造，AM1．5)和数字源表(Keithl