[发明专利]色素敏化型太阳能电池有效

专利信息
申请号: 201080037153.3 申请日: 2010-07-06
公开(公告)号: CN102549835A 公开(公告)日: 2012-07-04
发明(设计)人: 井上功;小保内直博;大川晃次郎 申请(专利权)人: 大日本印刷株式会社
主分类号: H01M14/00 分类号: H01M14/00;H01L31/04
代理公司: 中科专利商标代理有限责任公司 11021 代理人: 张宝荣
地址: 日本国*** 国省代码: 日本;JP
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摘要:
搜索关键词: 色素 敏化型 太阳能电池
【说明书】:

技术领域

本发明涉及色素敏化型太阳能电池。

背景技术

近年来,以二氧化碳的增加为原因的地球温暖化等环境问题成为深刻的问题,世界范围在研究其对策。其中,进行了关于对环境的负荷小、作为清洁的能源利用了太阳光能的太阳能电池的积极的研究开发。作为这样的太阳能电池,单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池和化合物半导体太阳能电池等已实用化,但这些太阳能电池具有制造成本高等问题。因此,作为环境负荷小并且能够削减制造成本的太阳能电池,色素敏化型太阳能电池受到关注,正进行研究开发。

将色素敏化型太阳能电池的一般的构成的一例示于图7。如图7(a)中例示那样,一般的色素敏化型太阳能电池100具有如下构成:在基材111上层叠了第1电极层112的色素敏化型太阳能电池用基材110与具有作为电极的功能的对电极基材120之间,将包含担载了色素敏化剂的金属氧化物半导体微粒的多孔质层102和电解质层101在密封材料103的内侧形成。而且,在多孔质层102中的金属氧化物半导体微粒的表面吸附的色素敏化剂通过从基材111侧接受太阳光而被激发,被激发的电子传导到第1电极层,通过外部电路向对电极基材传导。然后,通过氧化还原电对,电子返回到色素敏化剂的基底能级,从而发电。作为这样的色素敏化型太阳能电池,上述多孔质层由多孔二氧化钛构成、使色素敏化剂的含量增加的Gratzel电池为代表性的,作为发电效率高的色素敏化型太阳能电池,已成为了广泛研究的对象。需要说明的是,作为色素敏化型太阳能电池,也已知如图7(b)中例示那样,以多孔质层102与对电极基材120侧相接的方式形成的具有所谓“反结构电池型”的构成的色素敏化型太阳能电池。

上述的色素敏化型太阳能电池中,作为使其发电效率降低的要因之一,存在“反电子移动”这样的问题。该反电子移动意味着电子从电极向电解质层流动的现象。例如,以图7(a)中例示的色素敏化型太阳能电池为例,所谓反电子移动,是电子从第1电极层112向电解质层101流动的现象,以图7(b)中例示的色素敏化型太阳能电池为例,意味着电子从对电极基材120向电解质层101流动的现象。

作为防止这样的反电子移动的方法,已知以例如图7(a)中所示的色素敏化型太阳能电池为例,将层叠了第1电极层的基材、或者将第1电极层和多孔质层层叠的基材浸入四氯化钛溶液和/或四异丙醇钛溶液中,在第1电极层和多孔质层表面形成致密的氧化钛层,从而防止电解质层与第1电极层相接的方法(例如专利文献1~2)。此外,还已知以将第1电极层的表面覆盖的方式形成多孔质层的方法(例如专利文献3)。但是,对于前者的方法,为了形成来自四氯化钛的层,需要在高热下的加热处理,因此形成这样的层的情况下,具有不能使用具有柔性的树脂制基板作为基板的缺点。此外,对于后者的方法,多孔质层如其名称所述,成为了多孔质体,因此如果使用液体的电解质层,则存在电解液泄漏的致命的问题。

由此,对于反电子移动,虽然公知其使色素敏化型太阳能电池的发电效率降低,但防止其发生的有效的手段尚未确立。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2007-157397号公报(例如[0046]段落)

专利文献2:日本特开2007-073346号公报(例如[0033]段落)

专利文献3:日本特开2006-19072号公报

发明内容

发明要解决的课题

本发明人鉴于围绕反电子移动这样的状况,对于其有效的防止手段进行了深入研究,结果有以下发现。已弄清,以图7(a)中例示的色素敏化型太阳能电池为例进行说明,反电子移动在电解质层与第1电极层相接的位置产生,作为具有通常的结构的色素敏化型太阳能电池中作为第1电极层与电解质层相接的位置,限于电解质层介由多孔质层与第1电极层间接地相接的多孔质层与第1电极层的界面(图7(a)中用A表示的界面)和电解质层与第1电极层直接接触的电解质层与第1电极层的界面(图7(a)中用B表示的界面)。而且,将这些的界面的面积进行比较,前者的界面与后者的界面相比,面积压倒性地大,因此预测要防止反电子移动,使前者的界面减少是高效的。但是,本发明人进一步深入研究,结果发现,虽然电解质层与第1电极层的界面与第1电极层与多孔质层的界面相比,只具有非常微小的面积,但是明确了该电解质层与第1电极层的界面才是因反电子移动而使发电效率降低的主要原因。因此,发现了通过防止在该界面的反电子移动,能够显著地改善发电效率。

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