[发明专利]电极、光电转换元件、电子设备和建筑结构

说明书

技术领域

本发明涉及电极、光电转换元件、电子设备和建筑结构。更特别地，本发明涉及包含碳材料的电极、使用该电极的光电转换元件、使用该光电转换元件的电子设备和建筑结构。

背景技术

由于作为将太阳光转换为电能的光电转换元件的太阳能电池使用太阳光作为能源，所以太阳能电池对全球环境的影响很小，被预期越来越普及。过去主要使用的太阳能电池的示例为使用单晶硅或多晶硅的晶体硅太阳能电池；以及非晶硅太阳能电池。同时，等人于1991年提出的染料敏化太阳能电池由于能获得较高光电转换效率，且由于与过去的硅太阳能电池不同在制造中不需要大规模设备、制造成本低而广受关注（例如，见Nature，353，p.737-740，1991）。

染料敏化太阳能电池一般具有在由二氧化钛（TiO₂）等材料制成的多孔电极与作为光催化剂层的对电极之间填充有由电解液制成的电解质层的结构，该多孔电极上面结合有光敏染料。通常使用将含有碘（I）或氧化还原类型（如碘离子（I-））的电解质溶解在溶剂中的溶液作为电解液。

例如，过去主要使用铂层作为染料敏化太阳能电池的对电极，因为其具有优良的催化活性和耐蚀性。用于形成铂层的方法的示例包括：溅射；湿法，用于在涂覆氢氯铂酸溶液之后通过氢氯铂酸热分解而释放铂；以及其他方法。铂层一般具有优良的催化活性、耐蚀性、导电性等。但是，根据要使用的电解质，铂可能会发生溶解，可能会导致发电特性劣化。另外，铂是一种稀有资源，较为昂贵；由于形成铂层的过程中需要进行高真空过程或高温过程，其生产设备需要为大型设备。

由此，近年来，对使用化学上稳定的碳代替铂作为对电极材料进行了研究（例如，参见日本专利申请公开第2003-142168、2004-111216、2004-127849和2004-152747号）。选择作为对电极材料的碳包括具有特别高催化活性的炭黑。将炭黑与溶剂等混合，制成碳浆料之后，将该碳浆料涂覆在衬底上和干燥，可形成作为催化剂层的对电极。报告表明，通过该方法形成的碳对电极能实现与铂对电极相似的性能（例如，参见JElectrochem Soc.，153(12)，(2006)A2255）。

具体地，日本专利申请公开第2004-152747号公开了由炭黑状粒子、柱状导电碳材料粒子和锐钛矿型二氧化钛粒子构成（这些材料具有特定质量比）的碳电极。此外，日本专利申请公开第2004-152747号公开了一种作为碳电极的制造方法的技术，在该技术中，通过混合炭黑状粒子、柱状导电碳材料粒子和锐钛矿型二氧化钛粒子而制备浆料，并在将浆料涂覆到衬底上之后，在450°C的高温下制备碳电极。

发明内容

但是，使用过去提出的这种碳电极，难以实现具有优良转换效率和耐久性的染料敏化太阳能电池。

鉴于上述情况，需要提供一种具有优良转换效率和耐久性的电极，并提供包括该电极的光电转换元件。

还需要提供一种使用上述这种优良光电转换元件的电子设备。

进一步，还需要提供一种使用上述这种优良光电转换元件的建筑结构。

根据本发明的实施方式，提供了一种电极，包括炭黑、纤维状碳材料和有机粘结剂。炭黑（A）和纤维状碳材料（B）的质量比（B/A）的范围为10/90至50/50。

根据本发明另一个实施方式，提供了一种包括光电极、电解质层和对电极的光电转换元件，该对电极包括炭黑、纤维状碳材料和有机粘结剂。炭黑（A）和纤维状碳材料（B）的质量比（B/A）的范围为10/90至50/50。

根据本发明又一个实施方式，提供了一种包括至少一个光电转换元件的电子设备。该光电转换元件包括光电极、电解质层和对电极。该对电极包括炭黑、纤维状碳材料和有机粘结剂。炭黑（A）和纤维状碳材料（B）的质量比（B/A）的范围为10/90至50/50。

根据本发明又一个实施方式，提供了一种包括至少一个光电转换元件的建筑结构。该光电转换元件包括光电极、电解质层和对电极。该对电极包括炭黑、纤维状碳材料和有机粘结剂。炭黑（A）和纤维状碳材料（B）的质量比（B/A）的范围为10/90至50/50。

基本上，电子设备的示例可包括任何电子设备，包括便携式和固定式。其具体示例包括移动电话、移动装置、机器人、个人计算机、汽车设备、各种家用电器等。这种情况下，光电转换元件起太阳能电池的作用，作为这些电子设备的电源。