[发明专利]光电转换元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种适于作为染料敏化太阳能电池等使用的光电转换元件。

背景技术

近年来，作为将光能转换为电能的光电转换元件，提出过各种太阳能电池。其中，1991年由瑞士的Lausanne大学的Graetzel等人在“Nature”1991，353，p737-740等中发表的染料敏化太阳能电池由于所用的材料、工艺廉价，因此作为低成本太阳能电池期待其实用化。

染料敏化太阳能电池一般来说由：在导电性基材上具有由吸附了染料的半导体构成的光电转换层的半导体电极、在与该半导体电极相面对地设置的导电性基材上设置了催化剂层的对向电极、保持于这些半导体电极与对向电极之间的电解质层构成。

染料敏化太阳能电池的电解质，一般使用在有机溶剂中溶解了碘类氧化还原对的材料。碘类氧化还原对具有如下的优良的性能，即，离子传导率高，另外将氧化状态的染料还原的速度快，另一方面，在作用极的导电性玻璃表面或氧化钛表面的反应性低等。

但是，由于碘的升华性高，因此难以密封元件，成为在高温条件下元件耐久性降低的原因，此外，由于碘对很多金属具有高腐蚀性，因此在元件基板上可以使用的金属受到限制，从而有必须使用导电性玻璃等高价的基板等问题。另外，特别是在大面积元件的情况下，为了实现高性能化，经常在基板上设置金属集电线，该情况下，为了防止金属集电线的腐蚀，需要进行防止电解液与集电线的接触等处理，作业工序变得复杂，此外还会产生元件的有效面积降低等问题。

另外，碘类氧化还原对在可见光区域具有很强的吸收，在使用了离子性液体等高粘度的溶剂的情况下，为了作为太阳能电池元件充分地工作，需要提高碘类氧化还原对浓度，由此就会阻碍染料的光吸收，成为导致性能降低的原因，此外，在使用各种染料来强调太阳能电池的多彩性的情况下，特别是在蓝色元件的情况下，碘的颜色就会造成妨碍，在元件设计上也不能说是相称的。

如此所述，虽然碘类氧化还原对作为氧化还原对的性能高，但是也具有缺点，因此希望有替代碘类的氧化还原对，进行了若干的研究(例如非专利文献1～5)。

非专利文献1～3中提出了将钴络合物用于氧化还原对中的方案。虽然在微弱光条件下，可以显示出与碘类氧化还原对同等的性能，但是由于分子尺寸大，因此氧化还原对的移动速度慢，在模拟太阳光照射条件下，性能降低一半左右。另外，相对于碘来说，钴络合物价格高，不能说是实用的。

在非专利文献4～5中，提出了将(SCN)₂/SCN^-、(SeCN)₂/SeCN^-用于氧化还原对中的方案。虽然(SCN)₂/SCN^-可以作为氧化还原对工作，然而与碘类氧化还原对相比，只有一半以下的性能。(SeCN)₂/SeCN^-与之相比虽然显示出更高的性能，然而在安全性方面有问题，不能说实用性很高。

此外，在除了碘以外可以用于光电转换元件中的氧化还原对中，还可以举出Br₂/Br^-、Fe(CN)₆^4-/Fe(CN)₆^3-、Fe²⁺/Fe³⁺、S^2-/S_n^2-、Se^2-/Se_n^2-、V²⁺/V³⁺、醌/氢醌等，然而在性能、稳定性、安全性等方面有问题，无法获得与碘匹敌的性能。

[非专利文献1]J.Phys.Chem.B、105，10461-10464(2001)

[非专利文献2]Chem.Eur.J.9，3756-3763(2003)

[非专利文献3]J.Am.Chem.Soc.，124，11215-11222(2002)

[非专利文献4]J.Phys.Chem.B、105，6867-6873(2001)

[非专利文献5]J.Am.Chem.Soc.，126，7164-7165(2004)

发明内容

本发明是鉴于以上的问题而完成的，其目的在于，提供一种使用了比具有足够的性能、耐久性的碘类氧化还原对的非腐蚀性、透明性还高的氧化还原对的实用性高的光电转换元件。