[发明专利]光电转换器件及其制造方法、电子设备

说明书

技术领域

本发明涉及光电转换器件及其制造方法以及电子设备。更具体地，本发明涉及优选用于例如染料增感型太阳能电池的光电转换器件及其制造方法、以及利用该光电转换器件的电子设备。

背景技术

作为一种用于将太阳光转换成电能的光电转换器件，太阳能电池利用太阳光作为能源，因此它对全球环境产生极小的影响，因而预期将得到进一步普及。

作为太阳能电池，主要使用单晶硅或多晶硅的晶体硅型太阳能电池以及非晶硅型太阳能电池。

另外，由Gratzel等人在1991年提出的染料增感型太阳能电池因为可以实现高效光电转换、不像现有的硅系太阳能电池一样需要大型制造装置、并且可以低成本制造所以引起了关注(例如参见Nature，353，P737-740，1991)。

这种染料增感型太阳能电池通常具有如下结构，其中：其上结合光敏染料的氧化钛多孔光电极与铂制对电极彼此相对，并且这两个电极之间的空间被具有电解液的电解质层填充。作为电解液，通常使用含氧化-还原物质(诸如碘和碘离子)的电解质在溶剂中的溶液。

作为染料增感型太阳能电池中的电解液的溶剂，业已使用诸如乙腈的挥发性有机溶剂。但是，在这种染料增感型太阳能电池中，存在如下问题：如果电解液由于电池破损等问题而暴露于大气中，则可能发生电解液的泄流，从而导致电池失效。

为了解决这个问题，近年来开始使用难挥发的熔融盐(被称为离子液体)替代这种挥发性有机溶剂作为电解液的溶剂(例如参见JP-T-2009-527074和Inorg.Chem.1996，35，1168-1178和J.Chem.Phys.124，184902(2006))。结果，染料增感型太阳能电池中的电解液的挥发问题已得到了改进。

发明内容

然而，离子液体具有远远高于现在使用的有机溶剂的粘度系数。因此，实际上，使用离子液体的染料增感型太阳能电池的光电转换性能要逊于现有的那些染料增感型太阳能电池。

因此，需要一种其中的电解液的挥发可被抑制并且可以获得优异的光电转换性能的光电转换器件，诸如染料增感型太阳能电池，及其制造方法。

还需要一种使用上述优异的光电转换器件的高性能电子设备。

本发明人为了满足上述需求进行了认真研究。在他们的研究过程中，发明人在摸索改善使用离子液体作为电解液的溶剂时的光电转换性能劣化的策略时，尝试用挥发性有机溶液稀释离子液体，但预计不能由此获得改善的效果。结果正如所预计的那样。具体地，业已发现，当用挥发性有机溶剂稀释离子液体得到的溶剂被用作上述染料增感型太阳能电池中的电解液的溶剂时，有机溶剂的挥发问题仍未解决，但是光电转换性能由于电解液的粘度系数的下降而增加了。

然而，本发明人由为了进行上述验证而进行的采用各种有机溶剂稀释离子液体的进一步试验的结果发现：通过使用特定组合的离子液体和有机溶剂，能够有效地抑制电解液的挥发，而不会使光电转换性能劣化。这是一个令人惊讶的、出乎意料的结果。根据这个出乎意料的发现，本发明人进行进一步的实验和理论研究。结果，他们获得如下结论：在电解液的溶剂中掺入具有电子对接受官能团的离子液体和具有电子对供应官能团的有机溶剂会有效地解决上述问题。

在本文所述的每个实施方式中，“离子液体”不仅包括在100℃下为液态的那些盐(包括尽管其熔点或玻璃转化温度为100℃或更高但通过过冷会在室温下变成液态的那些盐)，还包括当溶剂添加到其中会形成至少一相并且会变成液态的那些盐。离子液体基本上可以是具有电子接受官能团(例如电子对接受官能团)的任何离子液体，有机溶剂基本上可以是具有电子供应官能团(例如电子对供应官能团)的任何有机溶剂。离子液体可以是其中的阳离子具有电子对接受官能团的那种离子液体。离子液体可以包含如下的有机阳离子，其包括具有四级氮原子的芳族胺阳离子并且具有在芳族环中的氢原子；并且离子液体可以包含如下的阴离子，其具有或更高的范德华体积(该阴离子不仅包括有机阴离子，还包括无机阴离子，诸如AlCl₄^-和FeCl₄^-)，但是这种结构并不是限制性的。溶剂中离子液体的含量根据需要进行选择。但是，含有离子液体和有机溶剂的溶剂优选包含含量不小于15wt％且小于100wt％的离子液体。有机溶剂中的电子供应官能团可以是电子对供应官能团，诸如醚官能团或氨官能团，但这并不局限于此。

使用具有电子对接受官能团的离子液体和具有电子对供应官能团的有机溶剂制备的电解液可以是凝胶态。