[发明专利]光电转换元件用电极及其制造方法、以及色素增感型太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及光电转换元件用电极及其制造方法、以及具备该光电转换元件用电极的色素增感型太阳能电池。

背景技术

近年以来，作为有望解决以化石燃料资源的枯竭和二氧化碳排放量削减为代表的环境问题的一个手段，太阳能发电受到广泛关注。作为该太阳能发电，即太阳能电池的代表例，可以列举单结晶硅以及多结晶硅类太阳能电池，这些太阳能电池已经上市且通常广泛知晓。但是，在该技术领域内，近来作为主要原料的硅的供应不足之担忧正在不断扩大。为此，期望下一代的非硅类太阳能电池(例如CuInGaSe₂(CIGS)等)的实用化。

作为所涉及的非硅类太阳能电池在1991年由Gratzel教授公开发表的色素增感型太阳能电池作为一种能够实现10％以上转换效率的有机类太阳能电池特别得到关注。于是，近年来在国内外各种研究机关中积极进行对色素增感型太阳能电池的应用开发研究。

作为色素增感型太阳能电池的电极(作用电极)，已知例如，在透明玻璃基板的透明导电膜上，将氧化锌从含有曙红Y的硝酸锌电解液中电解析出(参照专利文献1)，进而，通过对共吸附有曙红Y的多孔性氧化锌进行碱性处理，而使曙红Y一旦脱附，其后使色素再吸附于氧化锌，从而可以提高光电转换效率(参照专利文献2)。

另外，已知：将TiO₂和ZnO等的半导体微粒的悬浮液涂布于基板上之后，通过对其烧成，从而获得具有发光峰值波长存在于可见光区域的阴极发光特性，并且可见光区域的波长上的雾度(haze ratio)为60％以上的电极(参照专利文献3)。

另外，作为不基于电解析出法的方法，已知：通过将氨或胺类等添加到醋酸锌水溶液中来使氧化锌析出，并将该氧化锌堆积到基板上，从而获得在可见光区域具有光致发光特性的ZnO晶须膜(whisker film)(参照专利文献4)。

然而，在将根据专利文献1以及2中所记载的电解析出法所制作的电极作为光电转换元件(例如色素增感型太阳能电池)的作用电极来加以使用的情况下，初期特性(刚制作后的光电转换效率)虽然比较高，但是经时的性能劣化大，耐久性(可靠性)不充分。另外，在将以烧成专利文献3中所记载的半导体微粒的方法进行制作的电极作为光电转换元件的作用电极来加以使用的情况下，耐久性虽然比较良好，但是初期特性不充分。另一方面，以专利文献4中所记载的水溶液工艺形成的ZnO晶须膜作为光电转换元件用的作用电极的性能评价不充分，另外，使结晶向c轴方向作各向异性生长的ZnO晶须(颗粒)因为是在基板上进行横跨的状态进行堆积，所以认为在离要求高光电转换效率的光电转换元件用途中的实用性还相差甚远。

专利文献1：特开2002-184476号公报

专利文献2：特开2004-006235号公报

专利文献3：特开2003-217689号公报

专利文献4：特开2008-230895号公报

发明内容

因此，本发明是鉴于上述实情而完成的，其目的在于提供一种初期特性高而且在耐久性方面优异的光电转换元件用电极及其制造方法、以及色素增感型太阳能电池。

为了解决上述课题，本发明人经反复悉心研究的结果发现：在含有由电解析出法所形成的氧化锌的金属氧化物层中，不仅作为体性质(bulk property)的结晶性、而且表面状态的特征都与初期特性以及耐久性有显著的相关联系，从而完成本发明。

即，由本发明而制得的光电转换元件用电极具有基体以及含有氧化锌的金属氧化物层；所述金属氧化物层具有多个以从所述基体侧放射状地膨胀出的方式形成的瘤状突起，并且根据阴极发光法的测定，在350～400nm的区域内具有发光峰值。还有，在本说明书中的“氧化锌”的化学计量(Stoichiometry)不限于ZnO(在Zn_xO_y中x＝1，y＝1)。

本发明人使色素吸附(担载)于如上所述构成的光电转换元件用电极上而形成作用电极，将该作用电极和对电极相对配置，并在两者间配置电荷输送层，从而形成色素增感型太阳能电池，测定该色素增感型太阳能电池的特性，之后判明其初期特性较高且耐久性优异。实现所涉及的效果的详细作用原理虽然还没有得以明确，但是例如可以推测如下。