[发明专利]用于光电转换器的电解质组合物以及使用该电解质组合物的光电转换器

说明书

技术领域

[0001]

本发明涉及光电转换器。更具体地说，它涉及用于在电性能方面优异的光电转换器的电解质组合物，和使用该电解质组合物的光电转换器。

背景技术

[0002]

作为清洁能源引起注意的太阳能电池现在部分地用于一般家庭。然而，它们还没有得到充分推广。其原因是太阳能电池本身的性能不足够地令人满意，因此该模块必须变得更大，并且由于模块生产的低生产率，该太阳能电池本身是昂贵的。

[0003]

存在数种太阳能电池，并且大多数实际使用的太阳能电池是硅太阳能电池。最近引起注意并且进行研究以用于实际应用的那些是染料敏化的湿型太阳能电池，对其已经进行了长时间的研究。其基本结构由氧化物半导体、吸附到其上的染料、电解质溶液、反电极等等组成。已经研究了各种染料和电解质溶液，但是对半导体的研究却受到限制。即，在最初的染料敏化的湿型太阳能电池中，半导体的单晶电极是研究的主题。单晶电极的具体实例是氧化钛(TiO₂)、氧化锌(ZnO)、硫化镉(CdS)、氧化锡(SnO₂)等等。然而，这些单晶电极具有的缺点是它们在染料的吸附能力方面较低，因此转换效率非常低并且成本高。对于解决该缺点，已经提出了具有许多通过烧结细颗粒获得的孔隙的高表面积半导体。Tsubomura等人报道其上吸附有有机染料的包含多孔氧化锌的电极在性能方面非常高(专利文件1)。

[0004]

其后，Graetzel(瑞士)在1991年开发了称作染料敏化的太阳能电池的使用光电转换器的光(日光)电池。这还称作Graetzel电池。其结构包括：包含被染料敏化并且构成一个电极的氧化物半导体细颗粒的薄膜基材，和包括配备有还原剂如铂的反电极的基材，该两个基材彼此相对地布置在透明的导电基材上，其中电荷转移层(包含氧化还原材料的电解质)夹在上述基材之间。例如，目前，其上吸附有钌配合物染料的多孔氧化钛电极具有与硅太阳能电池一样的性能(非专利文件1)。然而，至于该染料敏化型太阳能电池，还没有获得提高能量转换效率的明显效果。为了使染料敏化型太阳能电池作为成本高的硅太阳能电池的替代物用于实际应用中成为可能，需要进一步提高该染料敏化型太阳能电池的光电转换效率。

[0005]

为了提高光电转换效率，已经提出将通过把电解质对溶于有机溶剂制备的电解质对的溶液作为用于染料敏化型太阳能电池的电荷转移层的电解质介质。然而，使用电解质对溶液作为电荷转移层的电化学转换器的问题是其由于在使用或长时间储存的过程中可能发生的液体泄漏而缺少可靠性。非专利文件1和专利文件2公开了使用被染料敏化的半导体细颗粒的光电转换器和使用该光电转换器的光电化学电池。然而，在这些光电转换器和光电化学电池中，包含有机溶剂的电解质对的溶液还用作电荷转移层。因此，在使用或长时间储存过程中该电解质有时会漏泄或耗尽。结果，认识到该光电转换效率显著地降低，或它不起光电转换器的作用。

在这种情况下，已经提出了使用固体电解质对的光电转换器。例如，专利文件3和非专利文件2公开了包含使用交联的聚氧化乙烯聚合物的固体电解质对的光电转换器。然而，使用该固体电解质对的光电转换器在光电转换特性方面不充分，尤其是在短路电流密度中，此外在耐久性方面不令人满意。

另外，公开了使用吡啶盐、咪唑盐、三氮盐等作为电解质对盐以抑制电解质的泄漏和耗尽并且提高耐久性(专利文件4，专利文件5等等)。这些盐在室温下为液态并且称作室温熔盐。根据上述方法，因为使用低蒸气压的室温熔盐作为溶剂，电池的耐久性得到提高。然而，使用这些室温熔盐的光电转换器具有的缺点是它们的开路电压较低并且光电转换效率不充分。

[0006]

专利文件1：专利号2664194

专利文件2：美国专利号4927721

专利文件3：JP-A-07-288142

专利文件4：WO95/18456

专利文件5：JP-A-08-259543

非专利文件1：Nature，第353卷，第737-740页，1991年

非专利文件2：J.Am.Chem.Soc.115(1993)6382

非专利文件3：Solid State Ionics，89，263(1996)

发明公开

本发明将要解决的问题

[0007]