[发明专利]改性氧化钛微粒和使用它的光电转换器

说明书

技术领域

本发明涉及改性氧化钛微粒、制造它的方法以及使用它的光电转 换器。

背景技术

作为洁净能源引起注意的太阳能电池近年来已经在普通家庭中使 用，然而，他们仍未被广泛使用。其原因包括由于太阳能电池自身性 能难于足够优良而使模块不得不扩大，由于制造模块的生产率低下， 结果使得太阳能电池自身变得昂贵等。

尽管存在多种类型的太阳能电池，应用于实际的太阳能电池大多 数仍是硅太阳能电池。然而，近年来，一种染料敏化型太阳能电池引 起注意，对其的研究致力于实际应用。这种染料敏化型湿太阳能电池 已被研究多年，其基本结构通常包括半导体例如其中吸附有染料的金 属氧化物、电解质溶液和对电极。其中对于染料和电解质溶液，已经 研究了多种类型，但关于半导体的研究报道则只是有限的几种。在早 期的染料敏化型湿太阳能电池中，已经使用了半导体单晶电极，例如 氧化钛(TiO₂)、氧化锌(ZnO)、硫化镉(CdS)、氧化锡(SnO₂)等。 然而，他们存在如下缺点：由于单晶电极的染料吸附容量低，使得转 换效率极其低下，成本昂贵。提出改进其的方法是使用其中具有大的 表面积的半导体、其中烧结微小的微粒以提供大量的细孔的电极作为 电极，Tsubomura等报道使用这种多孔氧化锌吸附有机染料的电极性 能非常好(专利文献1)。

其后，Graetzel(瑞士)等在1991年开发了一种新型的使用光电 转换器件的光电(太阳能)电池。这也称之为Graetzel电池，其包括： 用作电极的薄膜基板、该薄膜基板对位于透明导电基板上的染料敏化 并由氧化物半导体微粒组成、由对电极组成的基板，该对电极被供有 还原剂例如铂并被设置成使得与薄膜基板面对、置于薄膜基板和该对 电极组成的基板之间的电荷迁移层(含有氧化还原物质的电解质)。 这里，吸附钌配合染料于多孔氧化钛电极使得该新型光电电池具有与 硅太阳能电池相近的性能(非专利文献1)。然而，关于这类染料敏 化型太阳能电池，此后在能量转换效率方面并没有获得足够大的改进。 而且，硅太阳能电池价格昂贵，并且作为其替代品也仍需要在染料敏 化型太阳能电池的转换效率等方面进一步的改进。

影响染料敏化型太阳能电池转换效率的主要原因包括短路电流、 开路电压、尺寸因素等，但其中关于短路电流和尺寸因素，已经提出 多种改进：基于通过设计所使用的敏化染料引起的吸附波长区域扩大 来提高转换效率，基于电池的内部阻抗的减少提高转换效率。然而， 关于开路电压方面的研究甚少，并且即使有，其改进方面也是进展很 少。仅仅在专利文献2中，将氧化铌用作半导体电极，以达到改善开 路电压的目的，但其效果仍不够，因为氧化铌是单金属氧化物。

【专利文献1】日本专利No.2664194

【专利文献2】日本专利No.2945955

【非专利文献1】J.Am.Chem.Soc.115(1993)6382

发明内容

本发明所要解决的技术问题

本发明的首要目的是提供一种用于染料敏化型太阳能电池的金属 氧化物微粒、以及使用它的能显示高的开路电压的太阳能电池。

解决所述问题的手段

作为解决上述问题的持续深入研究的结果，本发明人发现一种用 包含氧化硅的特殊的非钛金属氧化物改性的多孔钛型复合氧化物微粒 (此后，称之为改性氧化钛微粒)可以解决上述问题，由此本发明人 完成了本发明。

即，本发明是关于下述(1)到(15)：

(1)一种改性氧化钛微粒包含：氧化钛和一种或两种或以上的非 钛金属氧化物，包含氧化硅，并选自由周期表中的IB族、IIA族、IIB 族、IIIA族、IIIB族、除钛之外的IVA族、IVB族、VIA族和VIII 族的元素的氧化物和氧化钒组成的组。

(2)根据(1)的改性氧化钛微粒，其中包含氧化硅的非钛金属 氧化物是选自由氧化镁、氧化钙、氧化锶、氧化锆、氧化钽、氧化铬、 氧化钼、氧化铌、氧化钪、氧化钒、氧化铁、氧化镍、氧化钨、氧化 锌、氧化铝、氧化铟、氧化硅和氧化锡组成的组中的一种或两种成分。

(3)根据(1)或(2)的改性氧化钛微粒，其中氧化钛是锐钛矿 型。