色素敏化型太陽能電池制造技術

本發明專利技術的色素敏化型太陽能電池，其包括：負電極結構體（２０）、具備透明導電性基板的對向電極結構體（２１），該負電極結構體（２０）具有金屬基板（２５）、形成于金屬基板（２５）上并承載了色素（３０）的氧化物半導體層（２９），在金屬基板（２５）的表面形成化學轉化處理皮膜（２７），在該化學轉化處理皮膜（２７）上形成氧化物半導體層（２９）。在該太陽能電池中，通過從與負電極結構體（２０）對向的電極側照射光進行發電，可防止電池大型化導致曲率因子（ＦＦ）和轉換效率的降低，而且，耐久性優異，可確保長期穩定的轉換效率，并改善整流勢壘的問題。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及色素敏化型太陽能電池，更詳細地說，涉及通過從與負電極對向設置的對向電極(陰極)側照射光進行發電的色素敏化型太陽能電池。
技術介紹
目前，從地球規模的環境問題和化石能源資源枯竭問題等觀點出發，對太陽光發電的期待增加，單結晶及多結晶硅酮光電轉換元件正被實用化作為太陽能電池。然而，該種太陽能電池存在價格高、硅酮原料的供給問題等，期待使用硅酮以外的材料的太陽能電池的實用化。從上述那樣的觀點出發，最近，作為使用硅酮以外的材料的太陽能電池，色素敏化型太陽能電池受到注目。該色素敏化型太陽能電池通常具有如圖3所示的結構。即，該太陽能電池中，在透明玻璃或透明樹脂膜等透明基板la上具有設置有透明導電膜lb(例如ITO膜)的基板作為電極基板l,在該電極基板l的透明導電膜lb上設置二氧化鈦等金屬氧化物半導體的多孔層3,該多孔層3的表面吸附承載有敏化色素(例如Ru色素)5。由這樣的具備氧化物半導體層3的電極基板l形成的負電極結構體(光電極)7與正極10相對設置，并且兩者間夾入電解質8。這樣的結構的色素敏化型太陽能電池中，當從負電極結構體7側照射可見光時，色素5被激發，從基底狀態過渡到激發狀態，被激發的色素5的電子被注入到半導體的多孔層3的傳導帶，通過外部電路12移動到正電極10 。移動到正極10的電子由電解質中的離子而被輸送，回到色素5。這樣，通過重復這樣的過程，電能被取出。這樣的色素敏化型太陽能電池的發電機理與Pn接 合型光電轉換元件不同，光的捕捉和電子傳導在各自的位置進 行，與植物的光電轉換過程非常相似。然而，如上述所述進行從負電極結構體7側照射光的情況 下，透明導電膜lb的電阻變大，使電池(起到電池作用的發電 最小單元)大型化時，存在內部電阻(曲率因子、FillFactor; FF)和轉換效率大大降低的問題。為了解決這樣的問題，在專利文獻l公開了 一種色素敏化型 太陽能電池，其由負電極的對向電極側(正電才及側)照射光進 行發電。該結構的太陽能電池中，由于不是由負電極側照射光， 因而可以直接在低電阻金屬板上設置承載有色素的半導體多孔 層，具有可以有效避免電池大型化導致的FF和轉換效率降低的 優點。專利文獻l:曰本凈爭開2001 — 273937
技術實現思路
然而，在如專利文獻1那樣通過從正電極側照射光進行發電 的色素敏化型太陽能電池中，存在耐久性低、短期間內轉換效 率降低這樣的問題和整流勢壘的問題。即，形成于低電阻的金 屬基板上的半導體層主要是通過溶膠凝膠法制造的致密的氧化 物半導體層，因此，存在整流勢壘不完全、隨時間轉換效率降 低這樣的缺陷。因此，本專利技術的目的在于，提供一種色素敏化型太陽能電 池，其通過從負電極結構體的對向電極側照射光進行發電，可 防止電池的大型化導致的曲率因子(FF)和轉換效率的降低， 而且耐久性優異，能確保長時間穩定的轉換效率，整流勢壘的 問題也得以改善。本專利技術的其他目的在于，提供一種用于制造色素敏化型太陽能電池的氧化物半導體層形成用糊劑，其能夠形成多孔度高、可吸附承載大量敏化色素的氧化物半導體層，并顯示出高的轉換效率。根據本專利技術，提供一種色素敏化型太陽能電池，其包括負電極結構體、具備透明導電性基板的對向電極結構體、在該負電極結構體與對向電極之間設置的電解質層；該負電極結構體具有金屬制電極基板和承載有色素的氧化物半導體層，其特征在于，在前述金屬制電極基板的表面形成有化學轉化處理膜，在該化學轉化處理膜上形成有前述氧化物半導體層。本專利技術的色素敏化型太陽能電池中，優選(a) 前述金屬制電極基板為鋁或鐵制、(b) 前述化學轉化處理皮膜的厚度為5 ~ 500nm的范圍、(c) 對于前述氧化物半導體層用電子顯微鏡觀察其表面時，在1 (imx 1 nm面積大小的面觀察到面積為10000nm2以上的大小的細孔以總細孔數的5 ~ 80%的個數存在、(d) 前述氧化物半導體層具有l至15pm的厚度。根據本專利技術，另外，提供色素敏化型太陽能電池中的氧化物半導體層形成用糊劑，其特征在于，其含有氧化鈦微粒、鈦系粘合劑、有機溶劑、由碳原子數為5以上的高級醇構成的多孔化促進劑。本專利技術的氧化物半導體層形成用糊劑中，優選(e) 前述氧化鈦孩i粒具有5 ~ 500nm的粒徑、(f) 其以相對于前述氧化鈦微粒1 OO重量份為5至60重量份的量含有前述鈦系粘合劑、(g) 其含有甘醇醚和/或(3- 二酮作為改性化劑，前述異丙醇鈦的至少 一部分由該改性化劑進行改性、(h) 其以相對于前述異丙醇鈦100重量份為0.01至30重量 份的量含有前述改性化劑、(i) 前述有機溶劑為碳原子數為4以下的低級醇、(j )其以相對于前述氧化鈥孩i粒100重量4分為0.01至50重 量份的量含有前述多孔化促進劑、(k)其具有10至50重量％的固體成分濃度。本專利技術的色素敏化型太陽能電池中，由于從與負電極結構 體相反的電極側入射光進行發電，因而，承載有色素的氧化物 半導體層無需借助透明導電膜這樣的高電阻膜而設置在電極基 板(負電極)上，結果，在使電池大面積化的情況下也顯示出 與小面積時幾乎相同的FF (曲率因子)和轉換效率。另外，本專利技術中，在負電極結構體中的金屬制電極基板(負 電極)的表面形成有化學轉化處理皮膜，在該化學轉化處理皮 膜上形成有氧化物半導體層。即，該化學轉化處理皮膜起到防 止逆電流層的作用，形成穩定的整流勢壘，結果，能夠有效避 免轉換效率的降低。進而，該化學轉化處理皮膜對電解質的耐 性變高，通過負電極結構體與對向電極(正電極)之間的電解 質，可以有效防止金屬制電極基板(負電極)的腐蝕等導致的 劣化，結果，能夠提高耐久性、并維持長時間的高轉換率。進而，能夠連續容易地通過化學轉化處理形成金屬制電極 基板上的化學轉化處理皮膜，而不像蒸鍍膜那樣需要使用昂貴 的裝置以間歇式進行，因此，本專利技術的色素敏化型太陽能電池 的生產率極高。另外，根據本專利技術的氧化物半導體層形成用糊劑，通過將 其涂布在金屬制電極基板(負電極)上并燒成，可以形成多孔 度高的氧化物半導體層。即，通過使用這樣的糊劑，在上述那樣從對向電極側光照射的色素敏化型太陽能電池的氧化物半導體層中，在lixmxl!im 面積大小的水平剖面觀察到面積為10000nm2以上的大小的細 孔以總細孔數的5~ 80°/。的個數存在，多孔度變高、能夠承載大 量的敏化色素，并進一步提高了轉換效率。例如，在使用不含 多孔化促進劑(碳原子數為5以上的醇)的糊劑的情況下，不能 實現上述那樣的多孔化，而是形成幾乎未形成上述那樣的大細 孔的比較致密的氧化物半導體層，在提高轉換效率方面不夠充附圖說明圖l是顯示本專利技術的色素敏化型太陽能電池的簡要結構的圖。圖2是本專利技術的色素敏化型太陽能電池的其他例子中的要 件放大圖。圖3是顯示現有公知的色素敏化型太陽能電池的簡要結構 的圖。圖4是描繪實施例l及比較例1的色素敏化型太陽能電池中 的電流密度和開路電壓的圖。具體實施例方式以下，基于顯示于說明書附圖的具體例子詳細說明本專利技術。 如圖l所示，本專利技術的太陽能電池具備總體以20表示的負電 極結構體、總體以21表示的對向電極(正電極)結構體，在這 些電極結構體20、 21之間配置有電解質23,從對向電極結構體 21側照射可見光，使其入射本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種色素敏化型太陽能電池，其包括：負電極結構體、具備透明導電性基板的對向電極結構體、在該負電極結構體與對向電極之間設置的電解質層；該負電極結構體具有金屬制電極基板和承載有色素的氧化物半導體層，其特征在于，　在前述金屬制電極基板的表面形 成有化學轉化處理膜，在該化學轉化處理膜上形成有前述氧化物半導體層。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：山本直嗣，佐藤一弘，
申請(專利權)人：東洋制罐株式會社，
類型：發明
國別省市：JP[日本]