[發明專利]光電轉換元件

無效

• 申請號: 200910150877.8
• 申請日: 2009-06-25
• 公開（公告）號: CN101615516A
• 公開（公告）日: 2009-12-30
• 發明（設計）人: 土屋匡廣;門田敦志;繁田德彥;新海正博
• 申請（專利權）人: TDK株式會社
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/035;H01M14/00;H01L51/42
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 熊玉蘭;李平英

【技術領域】

【0001】

本發明涉及使用色素的光電轉換元件。

【背景技術】

【0002】

以往，作為將太陽光等的光能轉換為電能的太陽能電池等的光電轉換元件，已知使用色素作為光敏化劑的色素敏化型光電轉換元件。該色素敏化型光電轉換元件在理論上可期待高效率，通常可認為比起使用已普及的硅半導體的光電轉換元件，對于成本非常有利。為此，作為次世代的光電轉換元件受到矚目，正向著實用化進行開發。

【0003】

該色素敏化型光電轉換元件是利用色素吸收光而釋放電子的性質進行發電的，其特征在于介由電解質具有電化學的電池構造。具體而言，具有下述構造：通過使用氧化鈦等的氧化物半導體進行燒成，形成多孔狀的層，使吸附有色素的電極與作為其對電極的電極介由電解質貼合。

【0004】

作為該電解質(所謂的氧化還原電解質)，通常使用將電解質鹽溶解于有機溶劑的電解液(液狀的電解質)。關于該電解液的組成，為了提高轉換效率，已經提出了若干提案。例如，對于含碘離子的電解液，已知在離子性液體和有機溶劑中添加經氰乙基化的多糖類的技術(參照專利文獻1)。

【0005】

另一方面，使用上述電解液時，有發生漏液等之虞，難于確保高耐久性或安全性，正在探討使用半固體狀的電解質。具體而言，提出了使用含有離子性液體、p型導電性聚合物和碳材料的低流動性的電解質(參照專利文獻2)。應說明的是，這種碳材料也用作在作為對電極的電極的表面形成導電層的材料(參照專利文獻3)。

【專利文獻1】特開2008-010189號公報

【專利文獻2】特開2007-227087號公報

【專利文獻3】特開2004-337530號公報

【發明內容】

【0006】

但是，上述使用半固體狀的電解質時，與使用電解液時相比，導電性容易降低，難于獲得充分的轉換效率。

【0007】

本發明基于上述問題而完成，其目的在于提供可提高轉換效率的光電轉換元件。

【0008】本發明的光電轉換元件具備：具有擔載有色素的擔載體層的電極、和在擔載有色素的擔載體層上形成的半固體狀的含電解質層，含電解質層在含有粒子的同時，含有有機溶劑和離子性液體。應說明的是，該“半固體狀”是指像液體一樣具有高流動性的狀態、或與像固體一樣沒有流動性的狀態不同的狀態，例如，表示漿狀等的廣闊概念。另外，此處的“離子性液體”是指其熔點在100℃以下者。

【0009】

本發明的光電轉換元件中，如果光照射到擔載體層上擔載的色素，則吸收該光而激發的色素將電子注入到擔載體層，該電子向外部電路移動。另一方面，在含電解質層中，伴隨著該電子的移動，以將被氧化的色素返回到基底狀態(還原)的方式重復氧化還原反應。由此，電子在光電轉換元件內連續地移動，恒定地進行光電轉換。此處，半固體狀的含電解質層含有粒子和離子性液體的同時含有有機溶劑，由此在含電解質層中電子迅速地移動，氧化還原反應良好地進行。為此，電子向外部電路的移動也迅速地進行，相對于色素吸收的光量的放電量增高。

【0010】

本發明的光電轉換元件中，有機溶劑相對于離子性液體的重量比(有機溶劑/離子性液體)優選為1/99以上90/10以下。由此，相對于色素吸收的光量的放電量增高，同時在暴露于高溫環境下時，將抑制有機溶劑的氣化。另外，粒子在含電解質層中的含量優選為5重量％以上60重量％以下。由此，相對于色素吸收的光量的放電量變得更高。

【0011】

另外，本發明的光電轉換元件中，有機溶劑在常溫下為液體，而且作為官能團，可具有氰基、碳酸酯構造、環狀酯構造、內酰胺構造、酰氨基、醇，基、亞硫酰基、吡啶環和環狀醚構造中的至少一種，優選含有甲氧基丙腈、碳酸丙烯酯、N-甲基吡咯烷酮、戊醇、喹啉、N，N-二甲基甲酰胺、γ-丁內酯、二甲基亞砜、1，4-二噁烷、甲氧基乙腈和丁腈中的至少一種。由此，相對于色素吸收的光量的放電量增高，同時在暴露于高溫環境下時，將抑制有機溶劑的氣化。應說明的是，此處的“常溫”是指5℃～35℃的范圍，??“常溫下為液體”是指在該范圍的中任何溫度下都為液體。

【0012】

另外，本發明的光電轉換元件中，粒子優選為導電性粒子。由此，含電解質層中的電子的移動變得更加迅速。此時，導電性粒子優選為碳粒子。由此，氧化還原反應更良好地進行。另外、離子性液體可為碘鹽。

【0013】