[发明专利]光电转换元件及其制造方法,光学传感器和太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及光电转换元件及其制造方法，光学传感器和太阳能电池。

背景技术

至今为止，已经提出了将光能转换为电能的光电转换元件用多种结构。其中在由瑞士洛桑联邦大学的Graetzel等人于1991年提出的染料敏化太阳能电池(Graetzel型)中，使用相对廉价的材料和简易的制造方法获得了与无定形硅相同水平的转换效率。因此，期望将Graetzel型染料敏化太阳能电池作为下一代太阳能电池而付诸实际使用。

Graetzel型染料敏化太阳能电池包含其中在导电衬底上形成具有吸光功能的半导体层吸收染料的光电极、与所述光电极相对并由导电衬底形成的对电极、以及布置在两种电极之间的电解质层(电荷输送层)。在Graetzel型染料敏化太阳能电池中，将电子从已经吸收光的激发染料注入到半导体电极中，且电子通过电解质层中的氧化还原剂的氧化反应而移动到染料中。电解质中的氧化还原剂在对电极中被再次还原，由此电池进行工作。使用染料敏化作用的这种光化学反应电池在过去是已知的。然而，在Graetzel型染料敏化太阳能电池中，通过将烧结微粒而形成的多孔二氧化钛电极用作半导体电极可将有效的反应表面积提高1000倍，由此提取更大的光电流。

用于Graetzel型染料敏化太阳能电池中的染料的实例为包含专利文献1中所述的过渡金属络合物的光谱敏化染料。更具体地，将作为联吡啶络合物的一种且作为敏化染料具有优异效果的顺式二(异硫氰酸根合)-二-(2，2′-联吡啶-4，4′-二羧酸酯)钌(II)双-四丁基铵络合物(所谓的N719)典型地用作光谱敏化染料。另外，典型地使用作为联吡啶络合物的一种的顺式二(异硫氰酸根合)-二-(2，2′-联吡啶-4，4′-二羧酸酯)钌(II)(所谓的N3)和作为三吡啶络合物的一种的三(异硫氰酸根合)(2，2′:6′，2″-三联吡啶-4，4′，4″-三羧酸酯)钌(II)三-四丁基铵络合物(所谓的黑色染料)。近年来，已经报道了不含金属络合物的有机材料如香豆素类材料的衍生物。

关于用于Graetzel型染料敏化太阳能电池中的电解质层，典型地使用将电解质插入到半导体电极与对电极之间的方法，所述电解质是通过将含碘和/或碘离子的氧化还原剂溶于腈类有机溶剂或具有低挥发性的离子液体中而得到的。因为将具有高腐蚀性的碘用于这种方法中，所以专利文献2公开了，通过凝胶化将电解质制成拟固体，从而阻止液体泄漏至外部。还报道了，将2，2，6，6-四甲基哌啶-N-氧基(TEMPO)自由基用作不含碘的氧化还原剂(非专利文献1)。

相关文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11-345991号公报

专利文献2：日本特开2002-289271号公报

非专利文献

非专利文献1：“The 2，2，6，6-Tetramethyl-1-piperidinyloxy Radical：An Efficient，Iodine-Free Redox Mediator for Dye-Sensitized Solar Cells”(“2，2，6，6-四甲基-1-哌啶基氧基自由基：用于染料敏化太阳能电池的有效的、不含碘的氧化还原介体”)，Z.Zhang，P.Chen，T.N.Murakami，S.M.Zakeeruddin，M.Graetzel，Advanced Functional Materials，(先进功能材料)第18卷，2008年，第341～346页。

发明内容

本发明要解决的问题

至今为止，已经举例说明了Graetzel型染料敏化太阳能电池。已经对这种光电转换元件进行了多种研究且在实用性方面还具有提升的空间。

本发明的目的是提供实用性优异的光电转换元件。

解决所述问题的手段

根据本发明，提供一种光电转换元件，其包含：包含半导体层和染料的半导体电极；对电极；以及布置在所述半导体电极和所述对电极之间的电解质层，其中所述染料含有由通式1表示的化合物。

(其中通式1中的A表示取代或未取代的芳基，且可含有氧、氮、硫、硅、磷、硼或卤素中的一个或多个原子，且所述芳基可通过将多个芳基稠合而得到)。

根据本发明，提供一种包含光电转换元件的光学传感器。根据本发明，提供一种包含所述光电转换元件的太阳能电池。