[发明专利]染料敏化太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及相对入射光的前进方向串联设置两层担载染料的多孔半导体层的所谓串联型染料敏化太阳能电池。

背景技术

染料敏化太阳能电池称作湿式太阳能电池或者格莱才尔电池等，具有不使用硅半导体、而带有以碘溶液为代表的电化学单元构造的特点。具体地说，具有在由透明的导电性玻璃板(层压了透明导电膜的透明基板，阳极基板)上烧结二氧化钛粉末等、让其吸附染料而形成的二氧化钛层等多孔半导体层(多孔氧化物半导体层)和导电性玻璃板(导电性基板，阴极基板)构成的相反电极之间配置碘溶液作为电解液的简易构造。从透明导电性玻璃板侧导入染料敏化太阳能电池单元内的太阳光被染料吸收而产生电子。

染料敏化太阳能电池因材料便宜，制作不需要大规模的设备，作为低成本的太阳能电池受到注目。

染料敏化太阳能电池在目前报告了约11％的太阳光的转换效率，但要求效率进一步提高，因而从各种观点进行了研究。

其中之一，对光吸收效率的改善进行了各种研究。

即，过去一直对用于染料敏化太阳能电池的染料进行了各种研究，但至今仍没有得到能够以高效率吸收从400nm到近红外以上波长的宽幅度波长区域的光的染料。因此，未在吸附染料的多孔半导体层吸收的光直接成为吸收损失。而且，为了提高光吸收效率也考虑了增加吸附染料的多孔半导体层的厚度，但此时，实际上因多种原因并没有提高吸收效率，而相反可能会降低吸收效率。

为了提高光吸收效率，研究了相对入射光的前进方向串联设置两层担载染料的多孔氧化物半导体层的所谓串联型染料敏化太阳能电池。

例如，研究了使吸附不同种类染料的两层多孔半导体层重叠，同时在两层多孔半导体层之间配置包含FTO(掺杂氟的氧化锡膜)的电极，并联地从如此构成的两个单元提取电的技术(参照非专利文献1)。

此外，研究了具有第一敏化染料的第一阳极和具有与第一敏化染料不同的第二敏化染料的第二阳极隔离配置，在两阳极间设置典型的由网状电极构成的阴极，在这些各电极间填充电解质的染料敏化太阳能电池(参照专利文献1)。

通过并列连接形成在该电池的阴极两侧的两个电池单元，可有效地利用从第一阳极侧射入的入射光。

此外，研究了载置分别吸附敏化染料的多孔氧化钛膜的阳极和作为相反电极的阴极被隔离配置，在阳极和阴极的两电极间设置透明相反电极，在这些各电极间填充电解质的染料敏化太阳能电池(参照专利文献1)。此时，作为透明相反电极的中间层形成的绝缘层的阳极侧的面起到阴极作用，作为透明相反电极的中间层形成的绝缘层的阴极侧的面起到阳极作用，从而成为将在透明相反电极的两侧形成的两个电池单元并列连接的、与上述专利文献1类似的结构(参照非专利文献2)。而且，该非专利文献2未公开除了根据图判断出的上述以外的内容，因而不清楚透明电极的材料、结构等。

而且，虽然不是如上述一样的串联型染料敏化太阳能电池，但本发明人提议了设置两层多孔半导体层部，同时在这两层多孔半导体层部之间设置具有贯通孔的导电层部(集电极)，将导电层部与设置在光入射侧的透明基板的透明导电膜电连接的染料敏化太阳能电池(参照专利文献2)。

根据该染料敏化太阳能电池，即便使多孔半导体层的厚度变厚时，也可得到高转化效率。

此外，研究了尽管是np串联型染料敏化太阳能电池，但按以下顺序配置阳极基板、染料敏化n型半导体层、电解质层、染料敏化p型半导体层和阴极基板的染料敏化太阳能电池(参照专利文献3)。

根据该染料敏化太阳能电池，认为通过降低p侧的电阻，可使p侧的转化效率提高，从而提高电池整体的转化效率。

专利文献1：日本特开2008-53042号公报

专利文献2：日本特开2008-16405号公报

专利文献3：日本特开2006-147280号公报

非专利文献1：W.Kubo et al/Jounal of Photochemistry and Photobiology A Chemistry 164(2004)

非专利文献2：日経エレクトロニクスの記事、平成21年3月4日検索、インタ一ネツト、URL：http://techon.nikkeibp.co.jp:80/article/NEWS/20080306/148570/

然而，上述的现有技术均为光吸收效率需要进一步提高，或电池结构上因较多使用高价透明导电膜而使电池的制造成本变高，或在使电池大型化时会产生不良问题等，所以认为进一步改良的空间较大。

发明内容