[发明专利]光电转换元件

说明书

【技术领域】

【0001】

本发明涉及使用色素的光电转换元件。

【背景技术】

【0002】

以往，作为将太阳光等的光能转换为电能的太阳能电池等的光电转换元件，已知使用色素作为光敏化剂的色素敏化型光电转换元件。该色素敏化型光电转换元件在理论上可期待高效率，通常可认为比起使用已普及的硅半导体的光电转换元件，对于成本非常有利。为此，作为次世代的光电转换元件受到瞩目，正向着实用化进行开发。

【0003】

该色素敏化型光电转换元件是利用色素吸收光而释放电子的性质进行发电的，其特征在于介由电解质具有电化学的电池构造。具体而言，具有下述构造：通过使用氧化钛等的氧化物半导体进行烧成，形成多孔状的层，使吸附有色素的电极与作为其对电极的电极介由电解质贴合。

【0004】

作为该电解质(所谓的氧化还原电解质)，通常使用将电解质盐溶解于有机溶剂的电解液(液状的电解质)。关于该电解液的组成，为了提高转换效率，已经提出了若干提案。例如，对于含碘离子的电解液，已知在离子性液体和有机溶剂中添加经氰乙基化的多糖类的技术(参照专利文献1)。

【0005】

另一方面，使用上述电解液时，有发生漏液等之虞，难于确保高耐久性或安全性，正在探讨使用半固体状的电解质。具体而言，提出了使用含有离子性液体、p型导电性聚合物和碳材料的低流动性的电解质(参照专利文献2)。应说明的是，这种碳材料也用作在作为对电极的电极的表面形成导电层的材料(参照专利文献3)。

【专利文献1】特开2008-010189号公报

【专利文献2】特开2007-227087号公报

【专利文献3】特开2004-337530号公报

【发明内容】

【0006】

但是，上述使用半固体状的电解质时，与使用电解液时相比，导电性容易降低，难于获得充分的转换效率。

【0007】

本发明基于上述问题而完成，其目的在于提供可提高转换效率的光电转换元件。

【0008】本发明的光电转换元件具备：具有担载有色素的担载体层的电极、和在担载有色素的担载体层上形成的半固体状的含电解质层，含电解质层在含有粒子的同时，含有有机溶剂和离子性液体。应说明的是，该“半固体状”是指像液体一样具有高流动性的状态、或与像固体一样没有流动性的状态不同的状态，例如，表示浆状等的广阔概念。另外，此处的“离子性液体”是指其熔点在100℃以下者。

【0009】

本发明的光电转换元件中，如果光照射到担载体层上担载的色素，则吸收该光而激发的色素将电子注入到担载体层，该电子向外部电路移动。另一方面，在含电解质层中，伴随着该电子的移动，以将被氧化的色素返回到基底状态(还原)的方式重复氧化还原反应。由此，电子在光电转换元件内连续地移动，恒定地进行光电转换。此处，半固体状的含电解质层含有粒子和离子性液体的同时含有有机溶剂，由此在含电解质层中电子迅速地移动，氧化还原反应良好地进行。为此，电子向外部电路的移动也迅速地进行，相对于色素吸收的光量的放电量增高。

【0010】

本发明的光电转换元件中，有机溶剂相对于离子性液体的重量比(有机溶剂/离子性液体)优选为1/99以上90/10以下。由此，相对于色素吸收的光量的放电量增高，同时在暴露于高温环境下时，将抑制有机溶剂的气化。另外，粒子在含电解质层中的含量优选为5重量％以上60重量％以下。由此，相对于色素吸收的光量的放电量变得更高。

【0011】

另外，本发明的光电转换元件中，有机溶剂在常温下为液体，而且作为官能团，可具有氰基、碳酸酯构造、环状酯构造、内酰胺构造、酰氨基、醇，基、亚硫酰基、吡啶环和环状醚构造中的至少一种，优选含有甲氧基丙腈、碳酸丙烯酯、N-甲基吡咯烷酮、戊醇、喹啉、N，N-二甲基甲酰胺、γ-丁内酯、二甲基亚砜、1，4-二噁烷、甲氧基乙腈和丁腈中的至少一种。由此，相对于色素吸收的光量的放电量增高，同时在暴露于高温环境下时，将抑制有机溶剂的气化。应说明的是，此处的“常温”是指5℃～35℃的范围，  “常温下为液体”是指在该范围的中任何温度下都为液体。

【0012】

另外，本发明的光电转换元件中，粒子优选为导电性粒子。由此，含电解质层中的电子的移动变得更加迅速。此时，导电性粒子优选为碳粒子。由此，氧化还原反应更良好地进行。另外、离子性液体可为碘盐。

【0013】