[发明专利]光电转换元件用电解质以及使用了该电解质的光电转换元件和染料敏化太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及光电转换元件用电解质以及使用了该电解质的光电转换元件和染料敏化太阳能电池。

背景技术

近年来，二氧化碳的增加所导致的地球变暖等环境问题变得严重，作为环境负荷小、且可降低制造成本的太阳能电池，非硅系太阳能电池受到关注，进行了研究开发。

在非硅系太阳能电池中，特别是瑞士的グレツエル等人开发的染料敏化太阳能电池，在使用了有机材料的太阳能电池中，具有光电转换效率高、与硅系太阳能电池相比制造成本低廉等优点，作为新型太阳能电池而受到关注。

然而，由于染料敏化太阳能电池是电化学电池，因此使用了有机电解液、离子性液体等作为电解质，在使用有机电解液的情况下，存在由于长期使用时的挥发、枯竭而使发电效率降低等问题，此外，在使用离子性液体的情况下，虽然可以防止长期使用时的挥发、枯竭，但是存在由漏液导致的结构劣化等耐久性问题。

因此，为了防止电解液的挥发、漏液，确保太阳能电池的长期稳定性、耐久性，进行了将电解质从液状变为凝胶状、固体状的研究。

例如，在专利文献1中记载了“包含离子性液体和导电性粒子作为主要成分的凝胶状电解质组合物”([权利要求1][权利要求2])。

此外，在专利文献2中记载了“一种染料敏化型光电转换元件，是依次具有由经染料敏化了的半导体粒子构成的多孔性光电极层、电荷传输层和对向电极层的染料敏化型光电转换元件，其特征在于，电荷传输层由包含p型导电性聚合物1～50质量％、碳材料5～50质量％和离子液体20～85质量％的固体状混合物形成。”([权利要求1])。

然而，在使用了专利文献1中记载的电解质组合物的情况下，从可达到高的能量转换效率的观点出发，在使用了氧化还原对(redox couple)、特别是碘的情况下，存在下述问题：由于碘的腐蚀性而腐蚀构成光电转换元件的金属配线(集电电极)、密封材料等，由于碘的挥发性而对电解质的稳定性有影响。

专利文献1：国际公开第2005/006482号

专利文献2：日本特开2007-227087号公报

发明内容

此外，本发明者对专利文献2中记载的染料敏化型光电转换元件进行了研究，结果表明了其能量转换效率不充分。认为这是因为，在使用p型导电性聚合物(例如聚苯胺、聚吡咯等)、碳材料(例如乙炔黑等)和离子性液体的混合物作为电荷传输层的情况下，碳材料(特别是乙炔黑)本身保持离子性液体的能力(保持能力)低，而且与p型导电性聚合物混合而使其保持能力进一步降低。

因此，本发明的目的是提供即使实质上不包含碘也可以达到高的能量转换效率的光电转换元件用电解质以及使用了该电解质的光电转换元件和染料敏化太阳能电池。

本发明者进行了深入研究，结果发现，以特定比例含有离子性液体和比表面积为1000～3500m²/g的碳材料的光电转换元件用电解质，即使实质上不包含碘也可以达到高的能量转换效率，从而完成了本发明。

即，本发明提供下述(a)～(o)。

(a).一种光电转换元件用电解质，含有离子性液体(A)和比表面积为1000～3500m²/g的碳材料(B)，

所述碳材料(B)的含量相对于所述离子性液体(A)100质量份为10～50质量份。

(b).根据上述(a)所述的光电转换元件用电解质，所述碳材料(B)的1次平均粒径为0.5～120μm。

(c).根据上述(a)或(b)所述的光电转换元件用电解质，所述离子性液体(A)具有下述式(1)或式(2)所示的阳离子，

式(1)中，R¹表示碳原子数1～20的可以包含杂原子的烃基，其可以具有碳原子数1～20的可以包含杂原子的取代基，R²和R³各自独立地表示氢原子或碳原子数1～20的烃基，可以包含杂原子，但是在氮原子上带有双键的情况下，R³不存在，

式(2)中，Q表示氮原子、氧原子、磷原子或硫原子，R⁴、R⁵、R⁶和R⁷各自独立地表示氢原子或碳原子数1～8的烃基，可以包含杂原子，但是在Q为氧原子或硫原子的情况下，R⁷不存在。

(d).根据上述(c)所述的光电转换元件用电解质，所述离子性液体(A)具有碘离子作为阴离子。