[發明專利]光電轉換電極及其制造方法和色素增感型太陽能電池

無效

• 申請號: 200810088612.5
• 申請日: 2008-03-31
• 公開（公告）號: CN101276848A
• 公開（公告）日: 2008-10-01
• 發明（設計）人: 門田敦志;繁田德彥
• 申請（專利權）人: TDK株式會社
• 主分類號: H01L31/0224
• 分類號: H01L31/0224;H01L31/04;H01L31/18;H01L51/44;H01L51/46;H01L51/48;H01G9/04;H01G9/042;H01G9/20;H01M14/00;C25D9/08
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司
• 代理人: 劉春成

技術領域

本發明涉及光電轉換電極及其制造方法，以及具備該光電轉換電極的色素增感型太陽能電池。

背景技術

1991年Gratzel等公開了色素增感型太陽能電池，其作為能夠實現10％以上的轉換效率的有機系太陽能電池特別受到矚目，近期，其應用開發研究在國內外各個研究機關中正熱烈地進行著。該色素增感型太陽能電池具有，在電極和與其相對地配置的對電極之間注入氧化還原電解液的基本結構。作為電極，使用在透明玻璃基板的透明導電膜上，設置吸附了增感色素的多孔性的氧化鈦電極的結構。而且，氧化鈦電極是通過在透明導電膜上涂覆氧化鈦顆粒的懸濁液，將其在300～500℃左右的溫度進行燒結而得到膜，并在該膜上吸附增感色素而制作。

另一方面，在這種色素增感型太陽能電池中，從提高工業生產性的觀點考慮，希望能夠采用便宜、輕質、且具有可彎曲型的塑料基板作為透明玻璃基板的取代部件。但是，如上所述，為了制作氧化鈦電極而必須有高溫燒結工序，所以就難以采用耐熱性比玻璃基板差的塑料基板。

為了解決這一問題，例如，在非專利文獻1中提出了如下的色素增感型太陽能電池：使用屬于低溫電化學的方法的陰極電析法，從含有氯化鋅的金屬鹽的電解液，形成由多孔性氧化鋅的金屬氧化物膜所構成的電極，在該電極上吸附色素。根據該方法，由于能夠通過使用電解液進行陰極電析而制作多孔性的金屬氧化物電極，所以能夠省卻在上述具有氧化鈦電極的太陽能電池的制造中所必要的高溫燒結工序。然而。另一方面，由于在形成金屬氧化物電極之后要吸附色素，所以在得到的色素載體金屬氧化物電極上就不能吸附充分量的增感色素，因此，就不能充分提高光電轉換效率。

因此，為了提高氧化鋅電極的色素擔載量，例如，在非專利文獻2中提出了如下方法：使用預先添加了作為鑄型色素的四溴熒光素(eosin)Y等水溶性色素的硝酸鋅浴進行陰極電析，由此，共吸附水溶性色素，以形成氧化鋅/四溴熒光素Y的混合薄膜。而且，在專利文獻1中記載了以下的方法：使用預先添加了作為鑄型色素的四溴熒光素Y的硝酸鋅電解液進行陰極電析，由此，制作共吸附四溴熒光素Y的比表面積為1～100m²/g的多孔性的光電轉換半導體層。但是，如此通過陰極電析法而制作的色素載體氧化鋅電極，與所期待的相反，缺乏以四溴熒光素Y為代表的共吸附色素的增感作用，使用它的光電轉換元件的光電轉換效率尚不充分。

因此，為了在多孔性的氧化鋅電極中導入增感作用優異的色素，例如，在專利文獻2中記載了以下的方法：將通過陰極電析而在氧化鋅表面上共吸附四溴熒光素Y的多孔性氧化鋅電極，通過堿處理而使色素臨時脫附，其后進行高靈敏度的增感色素的再吸附。根據該方法，期待能夠實現擔載了充分量的高靈敏度的增感色素的氧化鋅電極。

專利文獻1：日本特開2002-184476號公報

專利文獻2：日本特開2004-006235號公報

非專利文獻1：S.Peulon?et?al.，J.Electrochem.Soc.，145，864(1998)

非專利文獻2：T.Yoshida?et?al.，Electrochemistry，70，470(2002)

發明內容

但是，上述現有技術的共吸附鑄型色素的多孔性氧化鋅電極，難以充分地脫附共吸附的鑄型色素，且再吸附充分量的增感色素也極為困難。因此，在色素增感型太陽能電池中使用這樣的多孔性氧化鋅電極的情況下，不能充分地提高光電轉換效率(η)，不僅如此，開放電壓(V_OC)及光電流密度(J_SC)，形狀因子(FF，fill?factor)等電池特性也不充分，還期待著向實用化的進一步的高性能化。

因此，本發明是鑒于上述問題而提出，其目的在于提供一種光電轉換電極及其制造方法，該電極具有色素取代性優異且色素擔載量大的金屬氧化物層，能夠提高光電轉換效率，本發明還涉及色素增感型太陽能電池。

為了解決上述問題，本發明者們進行了反復的潛心研究，其結果發現：特定結構的金屬氧化物層在共吸附鑄型色素的脫附性以及增感色素的再吸附性上特別優異，從而完成了本發明。

就是說，本發明的光電轉換電極例如具有基體和在基體上形成的包含金屬氧化物及色素且具有70～250m²/g的比表面積且具有50～75％的孔隙率的金屬氧化物層。

這里，所謂“比表面積”，意味著固體試樣的單位質量的表面積，更具體地說就是基于BET氮吸附低溫曲線由下式(1)所計算出的值(BET比表面積)。