[發明專利]染料增感光電轉換元件模塊及其制造方法以及電子設備

無效

• 申請號: 200880014076.2
• 申請日: 2008-10-15
• 公開（公告）號: CN101675554A
• 公開（公告）日: 2010-03-17
• 發明（設計）人: 諸岡正浩;鈴木祐輔;米屋麗子
• 申請（專利權）人: 索尼株式會社
• 主分類號: H01M14/00
• 分類號: H01M14/00;H01L31/04;H01M2/22
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 吳孟秋;梁 韜

技術領域

本發明涉及一種染料增感(敏化)光電轉換元件模塊及其制造方法以及電子設備，并且例如，本發明適合被應用于使用由載有染料的半導體細顆粒制成的染料增感半導體層的染料增感太陽能電池，以及各種電子設備。

背景技術

人們認為當使用例如煤或石油的化石燃料作為能源時，因為由于使用化石燃料產生二氧化碳而導致全球變暖。此外，核能的應用由于核輻射而存在很大的污染風險。目前，當人們談論環境問題時，對這些能源的依存存在很多問題。

另一方面，作為用于將太陽光轉化成電能的光電轉換元件的太陽能電池對全球環境產生極小的影響，因為使用太陽光作為能源，因此期待被進一步廣泛使用。

雖然已知多種用于太陽能電池的材料，但是市售的很多太陽能電池均使用硅。這些太陽能電池大致分為使用單晶硅或多晶硅的晶體硅(結晶硅)系太陽能電池，以及非晶硅系太陽能電池。至今，太陽能電池在許多情況下都使用單晶硅或多晶硅，即，晶體硅。

然而，雖然代表用于將光(太陽)能轉化為電能的性能的光電轉換效率在晶體硅系太陽能電池中比在非晶硅系太陽能電池中要高，但是因為晶體生長消耗許多能量和時間，因此晶體硅系太陽能電池的生產率較低，因此晶體硅系太陽能電池在成本方面是不利的。

此外，與晶體硅系太陽能電池相比，非晶硅系太陽能電池具有以下特征：光吸收性高、基板的選擇范圍寬、容易實現大面積化。然而，光電轉換效率在非晶硅系太陽能電池中比在晶體硅系太陽能電池中要低。而且，雖然非晶硅系太陽能電池具有比晶體硅系太陽能電池更高的生產率，但是非晶硅系太陽能電池需要與晶體硅系太陽能電池的情況類似的用于制造的真空工藝，因此在設備方面仍然具有較大的負擔。

另一方面，為了降低太陽能電池的成本，已經研究了許多使用有機材料來代替使用硅系材料的太陽能電池。然而，這樣的太陽能電池的光電轉換效率非常低，等于或小于1％，并且還存在耐久性的問題。

在這樣的情況下，報道了使用由染料增感的半導體細顆粒的廉價的太陽能電池(參見非專利文獻1)。該太陽能電池是具有通過使用釕配合物作為增感染料而分光增感的氧化鈦多孔薄膜作為光電極的濕式太陽能電池，即，電化學太陽能電池。該染料增感的太陽能電池的優點包括，可以使用廉價的氧化鈦，增感染料的光吸收在直到800nm的寬可見光波長范圍，并且因為在光電轉換中的量子效率較高，因此可以實現高能量轉換效率。此外，由于在制造中真空系統是不必要的，因此不需要大型設備。

近年來，人們積極開發染料增感太陽能電池模塊。作為染料增感太陽能電池模塊的結構已知Z型結構。具有Z型結構的染料增感太陽能電池模塊是這樣的，使得多個染料增感太陽能電池在2片基板之間形成，并且在基板的內部彼此串聯電連接。此外，已知染料增感太陽能電池模塊具有高的發電效率。

非專利文獻1：Nature，353，p.737-740，1991

發明內容

然而，具有Z型結構的染料增感太陽能電池模塊不適于薄型化和輕量化，因為其需要使用2片基板。已知具有可以用1片基板制造的單片結構的染料增感太陽能電池模塊。然而，具有單片結構的染料增感太陽能電池模塊存在特性方面劣于具有Z型結構的染料增感太陽能電池模塊的缺點，這是因為對用于對電極的材料存在許多限制，并且在結構上也不能防止染料吸附至對電極。

鑒于上述考慮，本發明所要解決的問題的是提供一種諸如染料增感太陽能電池的染料增感光電轉換元件模塊及其制造方法，以及使用上述的優異的染料增感光電轉換元件模塊的電子設備，在該染料增感太陽能電池中僅需要使用1片基板，可以構造薄的對電極，從而使薄型化和輕量化變成可能，并且在用于對電極的材料方面沒有限制，并且其還具有與具有Z型結構的染料增感太陽能電池模塊相同的發電性能。

為了解決上述問題，根據第一實施方式，提供了一種具有多個彼此串聯電連接的染料增感光電轉換元件的染料增感光電轉換元件模塊，該染料增感光電轉換元件模塊的特征在于：透明基板上的多個區域分別具有透明導電層；染料增感半導體層、多孔絕緣層和對電極順序層壓在透明導電層上，從而構成染料增感光電轉換元件；對電極由由金屬或合金制成的、在多孔絕緣層側的一個表面上具有催化劑層的箔形成，或由具有催化能力的材料制成的箔形成；在彼此相鄰的兩個染料增感光電轉換元件之間的部分，一個染料增感光電轉換元件的透明導電層與另一個染料增感光電轉換元件的對電極彼此電連接；至少染料增感半導體層和多孔絕緣層用電解質浸漬；以及各個染料增感光電轉換元件用密封層覆蓋。