[發(fā)明專利]色素敏化光電變換器及其制備方法和電子裝置及其制備方法以及電子設(shè)備

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200680007847.6
• 申請日: 2006-02-07
• 公開（公告）號: CN101138126A
• 公開（公告）日: 2008-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 諸岡正浩;小倉麗子;鈴木佑輔
• 申請（專利權(quán)）人: 索尼株式會社
• 主分類號: H01M14/00
• 分類號: H01M14/00;H01L31/04
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所
• 代理人: 宋莉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種色素敏化光電轉(zhuǎn)換元件(dye-sensitized?photovoltaicdevice)，該元件的制備方法，一種電子裝置(electronic?device)，該裝置的制備方法，以及一種電子設(shè)備(electronic?apparatus)。例如，本發(fā)明適用于色素敏化太陽能電池，該電池包括由承載色素(dye-carrying)的半導(dǎo)體細顆粒構(gòu)成的半導(dǎo)體電極。

背景技術(shù)

公認使用礦物燃料如煤、石油作為能源由于由此產(chǎn)生的二氧化碳，引起全球變暖。如果使用核能，那么會有輻射污染的危險。由于現(xiàn)在更多地討論環(huán)境問題，所以對上述能源的依賴帶來了許多問題。

相比之下，作為一種將太陽光轉(zhuǎn)化為電能的光電轉(zhuǎn)換元件，太陽能電池利用太陽光作為能源。因此，太陽能電池對全球環(huán)境影響很小，預(yù)期將得到更廣泛的展開。

多種材料可以用于太陽能電池。使用硅的太陽能電池容易商購獲得，這些太陽能電池大致可分為使用單晶或多晶硅的晶體硅太陽能電池以及無定形硅太陽能電池。過去，單晶或多晶硅也就是晶體硅太陽能電池被廣泛地應(yīng)用于太陽能電池。

然而，盡管晶體硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率(將光能(太陽能)轉(zhuǎn)化為電能的性能指標(biāo))要高于無定形硅太陽能電池，但是它們需要消耗許多能量和時間來生長晶體，這導(dǎo)致生產(chǎn)率低下。因此，從成本上看，它們不令人滿意。

無定形硅太陽能電池的光吸收度比晶體硅太陽能電池高，使基材的選擇范圍寬，并容易地容許增大其尺寸。然而，無定形硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率低于晶體硅太陽能電池。而且，盡管無定形硅太陽能電池擁有更高的產(chǎn)率，但是其生產(chǎn)要求真空處理，并且設(shè)備成本仍然高。

為了進一步降低太陽能電池的成本，人們對使用有機材料而非硅材料的太陽能電池進行了積極的研究。然而，這種太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率低達1％或更小，并且這種太陽能電池的耐久性也不盡人意。

在這種情況下，文獻1(Nature，353，pp.737-740，1991)報導(dǎo)了一種使用色素敏化半導(dǎo)體細顆粒的低成本的太陽能電池。該太陽能電池是一種濕式太陽能電池，其光電極由氧化鈦多孔薄膜制得，其使用釕絡(luò)合物作為敏化色素進行光譜敏化。也就是說，這種太陽能電池是一種電化學(xué)光電池。色素敏化太陽能電池的優(yōu)點包括：可以使用低成本的氧化鈦；敏化色素的光吸收覆蓋高達800nm的寬的可見光波長范圍；其光電轉(zhuǎn)換的量子效率高，并可實現(xiàn)高能量轉(zhuǎn)換效率。而且，由于生產(chǎn)中不需要真空處理，因而不需要大型設(shè)備。

公知的用于色素敏化太陽能電池的敏化色素的實例包括具有羧酸作為吸附基團的色素分子(例如，參考文獻2(Inorg.Chem.1999，38，6298-6305)和文獻3(日本未審專利申請公開號No.2004-176072))。羧酸容易吸附到氧化物表面，并且通過簡單地將半導(dǎo)體電極浸入色素溶液中，不需任何特殊處理就可使半導(dǎo)體電極承載敏化色素。

制備其中分散有氧化鈦(TiO₂)細顆粒的氧化鈦糊的方法是已知的(如，參考文獻4，Hironori?ARAKAWA，Latest?Technology?of?Dye-Sensitized?Solar?Cells，CMC?Publishing?Co.，Ltd.，pp.45-47(2001))。

發(fā)明內(nèi)容

然而，這種使用具有羧酸吸附基團的色素分子作為敏化色素的太陽能電池有這樣的缺點，那就是其光電轉(zhuǎn)換效率會不可避免地下降。這是因為羧酸容易聚合，在敏化色素在半導(dǎo)體表面形成聚集體的情況下，向半導(dǎo)體的電子注入被色素分子間的電子陷阱抑制。

本發(fā)明的目的在于提供一種色素敏化光電轉(zhuǎn)換元件，如即使當(dāng)容易形成聚集體的包含酸官能團如羧酸作為吸附基團的色素作為光敏色素時，也能實現(xiàn)高光電轉(zhuǎn)換效率的色素敏化太陽能電池。本發(fā)明還提供該元件的制備方法，包含這種色素敏化光電轉(zhuǎn)換元件單元的電子裝置，該電子裝置的制備方法，以及使用這種色素敏化光電轉(zhuǎn)換元件的電子設(shè)備。

為了克服上述問題，本發(fā)明的發(fā)明人作了廣泛研究，概述如下。

作為一個實施例，研究了具有多個羧基(-COOH)作為酸官能團的敏化色素分子的情況。如圖6A所示，由于敏化色素分子中的羧基彼此形成氫鍵(用虛線表示)，所以發(fā)生聚集。