[發明專利]用于光電轉換層的組合物以及光電轉換元件

有效

• 申請號: 201380039997.5
• 申請日: 2013-07-24
• 公開（公告）號: CN104508774B
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 福井和壽;櫻井真實
• 申請（專利權）人: 株式會社大賽璐
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01L51/42
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所11105
• 代理人: 張濤

技術領域

本發明涉及一種對于形成構成太陽能電池(特別是色素敏化太陽能電池)等光電轉換元件的光電轉換層有用的組合物、使用該組合物的電極(光電極)及具備該電極的光電轉換元件。

背景技術

太陽能電池作為環境負荷小的綠色能源備受關注，實際上已被實用化。現在，廣泛利用使用了結晶硅的太陽能電池，但存在以下課題：由于使用高純度的硅，因此，發電成本高，另外，相對于室內等微弱光的轉換效率低等。

為了解決這樣的課題，廣泛開發了將有機材料用于光電轉換部位的太陽能電池，其中，色素敏化太陽能電池備受矚目。色素敏化太陽能電池由瑞典Lausanne工科大學的Graetzel等開發[例如日本專利第2664194號公報(專利文獻1)]，具有將金屬氧化物半導體(氧化鈦等)和敏化色素用于光電轉換部位的顯著特征。

而且，與現有的太陽能電池相同，僅在光照射期間發電，在夜間等無法作為電池發揮功能，另外，存在輸出根據光的強度發生變動等涉及電力的穩定供給的課題。為了解決這樣的課題，太陽能電池有時與蓄電裝置一起使用。

在色素敏化太陽能電池中,也進行了兼具這樣的蓄電功能的嘗試，例如在專利第4757433號公報(專利文獻2)中公開了一種太陽能電池，其為可充電的太陽能電池，其中，隔著陽離子交換膜存在第一電質溶液和第二電解質溶液，上述第一電解質溶液和上述第二電解質溶液與外部空氣隔開，上述第一電解質溶液含有碘和碘化合物，上述第二電解質溶液含有非碘化合物，上述第一電解質溶液的構成成分與上述第二電解質溶液的構成成分不同，在上述第一電解質溶液中存在光陽極和對電極，在上述第二電解質溶液中存在電荷蓄積電極，上述光陽極和上述電荷蓄積電極通過上述陽離子交換膜分離。

但是，在該文獻的色素敏化太陽能電池中，為了賦予蓄電功能，需要使用組成不同的2種電解液，另外，由于加入了新的電極，需要非常復雜的電池結構。另外，由于正極使用多吡咯等，內部電阻變大，成為色素敏化太陽能電池輸出降低的主要原因。此外，自太陽能電池的輸出和自雙層電容器的出力(放電)所使用的電極不同，因此，需要用外部電路控制，電路構成復雜。

另一方面，在色素敏化太陽能電池中，由于光電轉換在金屬氧化物半導體和敏化色素的接觸界面產生，因此，為了提高效率，希望增大金屬氧化物半導體的表面積。因此，在色素敏化太陽能電池中，通過將納米尺寸的金屬氧化物半導體用于電極，可相對于表觀面積增大有效面積。

這樣的金屬氧化物納米粒子僅單純地涂布于基板時，易因微小的沖擊從基板上剝離，無法作為電極發揮功能。另外，由于粒子間的電阻大，因此，無法有效地取出得到的電而使轉換效率降低。因此，在涂布氧化鈦納米粒子后，通過在高溫(450℃左右)下進行熱處理使氧化鈦納米粒子間熔融接合，解決了上述課題。

但是，由于利用上述手法時需要將基板暴露于高溫，因此，實質上可使用的基板限定于玻璃等無機材料，無法制作使用塑料基板的柔性色素敏化太陽能電池。

另外，由于在燒結過程中發生熱分解，因此，無法預先使色素吸附于涂布前的金屬氧化物半導體，需要在燒結過程后使色素吸附的過程，整體上需要包含燒結過程在內的繁雜的工藝，也成為制造成本上升的主要原因。

另外，在日本特開2005-251426號公報(專利文獻3)中公開了如下方法：使色素與以色素鍵合在導電性基板上及鍵合的色素可游離的方式將金屬氧化物、金屬硫化物、金屬氮化物、金屬簇或其合金固定化在該基板上而成的基板鍵合，測定對其照射光而產生的電流，并由該電流量測定結合的色素量。在該文獻中，記載了作為用于以色素可游離的方式固定化的方法，優選使用高分子電解質的方法，在實施例中，記載了將Nafion(Nafion(R)、Aldrich公司制、商品名：Nafion117、平均分子量1000)懸浮于1ml的乙醇中，在其中加入20.5％氧化鈦微粒水溶液(TAYCA公司制、商品名：TKS-203、粒徑約6nm)400ml，使用通過均勻分散而得到的氧化鈦Nafion溶膠分散液制作氧化鈦修飾ITO電極。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開第2664194號公報(專利要求書)

專利文獻2：日本特開第4757433號公報(專利要求書、實施例)

專利文獻3：日本特開第2005-251426號公報(專利要求書、段落[0011]～[0012]、實施例)

發明內容

發明所要解決的課題