[發明專利]半導體電極層形成用分散液和半導體電極層

在審

• 申請號: 201580075940.X
• 申請日: 2015-12-17
• 公開（公告）號: CN107251180A
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 清水澄代;春山泰三
• 申請（專利權）人: 御國色素株式會社
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所11247
• 代理人: 李照明,段承恩

技術領域

本發明涉及形成即使是10～20μm的厚膜也不容易發生裂紋的多孔質電極的染料敏化太陽能電池等的光電轉換元件。

背景技術

隨著對地球溫室化、化石資源枯竭問題的關心日益提高，對以太陽能電池為代表的可再生能源的研究開發在全世界都成為了熱門課題。太陽能電池是能夠將太陽光能轉換為電能的光電轉換器件，由于以太陽光作為能量來源，所以使用有限的化石資源的必要性變小，并且燃燒產生二氧化碳的問題得到了抑制，對地球環境影響極小。作為太陽能電池的原理、構成材料，已經提出了各種各樣的，現在使用硅半導體材料的太陽能電池(硅型太陽能電池)最為普及。但是，在硅型太陽能電池的制造時需要高純度的半導體材料，此外需要用于形成pn結的精細工序，所以制造工序數量多，需要大的裝置，存在太陽能電池制造工序中能耗大、制造成本高，甚至環境負荷大的問題。

另一方面，在該太陽能電池中一直研究的染料敏化型太陽能電池(參照[非日本文獻1][日本專利1])，自從グレッツェル等提出來以來，由于使用的材料價格便宜，而且能夠以較簡單的工藝來制造等優點，所以期待其能夠作為環境負荷少的太陽能電池被實用化。

現有技術文獻

非專利文獻

非專利文獻1:B.O'Regan and M.Graetzel，Nature，353，p.737-740(1991)

非專利文獻2:岡井剛·椿原啓“高効率低溫焼成色素増感太陽電池”(高效率低溫燒成染料敏化太陽能電池)，近畿大學工學部研究報告No.41,2007年、pp.51-56

專利文獻

專利文獻1:日本專利第2664194號公報

專利文獻2:日本專利3671183號公報

專利文獻3:日本專利4608897號公報

專利文獻4:日本特開2011-165469號公報

專利文獻5:日本特開2011-210554號公報

專利文獻6:日本特開2007-179766號公報

專利文獻7:日本特開2013-140701號公報

專利文獻8:日本特開2012-59599號公報

如例如專利文獻1所示，以往的通常的染料敏化型太陽能電池主要由玻璃等的透明基板、透明導電層(負極集電體)、保持光敏化染料的多孔質半導體電極層(負極)、電解質層、對向電極(正極)、對向基板、以及密封材料等構成。

設置在透明基板上的透明導電層由ITO(Indium Tin Oxide；銦錫復合氧化物)、FTO(摻雜氟的氧化錫)等制成，發揮負極集電體功能。作為負極的半導體電極層，使用由氧化鈦等的金屬氧化物半導體的微粒燒結而成的多孔質層的情況很多，其與透明導電層接觸而設置。光敏化染料吸附在構成與透明導電層接觸的多孔質半導體電極層的金屬氧化物的表面。作為電解質層，使用含有氧化還原物質(氧化還原對)的電解液等。對向電極由鉑層等構成，設置在對向基板上。

染料敏化型太陽能電池，構成為光從透明基板(負極集電體)側入射。入射光的一部分被光敏化染料吸收，通過該光吸收而被激發的電子的一部分被取出到半導體電極層。另一方面，失去了電子的光敏化染料被電解質層中的還原物質(還原劑)還原。通過該反應而在電解質層中生成的氧化物質(氧化劑)從對向電極接收電子，恢復成還原物質。結果、染料敏化型太陽能電池以透明導電層以及半導體電極層作為負極、以對向電極作為正極，作為光電池進行工作。

染料敏化型太陽能電池在制造中不需要真空處理工序等龐大的裝置，此外、通過涂布工藝使用氧化鈦等廉價的氧化物半導體，所以具有能夠以良好的生產性制造的優點。此外存在能夠吸收以可見光區域為中心的寬廣的波長區域中的各種各波長區域的光的光敏化染料，所以通過改變所使用的染料物質，能夠選擇要吸收的光的波長，或通過將多個染料組合，具有能夠以寬泛的波長區域的光實現低光量下的高轉換效率等的優點。而且通過使用塑料等重量輕的柔性基材，通過輥對輥工藝，能夠以更好的生產性、以便宜的價格進行制造。因此，作為新生代的太陽能電池近年來非常受人關注。

發明內容

發明要解決的課題

染料敏化太陽能電池中的金屬氧化物半導體電極層承擔染料吸附、來自激發染料的電子的給予接收、電解質中的電荷的移動、鎖住光、光漫反射等的作用。這些作用對光電轉換效率影響大。為了滿足這些作用，需要半導體電極層的表面積大、是多孔質、是具有電接觸的連續層、孔隙能夠連續等條件。