[发明专利]光电转换层用组合物及光电转换元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种对于形成构成太阳能电池(特别是色素敏化太阳能电池)等光电转换元件的光电转换层有用的组合物、使用该组合物的层叠体(电极、光电极)及具备该层叠体的光电转换元件。

背景技术

太阳能电池作为环境负荷小的绿色能源备受关注，实际上已被实用化。现在，广泛利用使用了结晶硅的太阳能电池，但存在以下课题：由于使用高纯度的硅，因此，发电成本高，另外，相对于室内等微弱光的转换效率低等。

为了解决这样的课题，广泛开发了将有机材料用于光电转换部位的太阳能电池，其中，色素敏化太阳能电池备受瞩目。色素敏化太阳能电池由瑞典Lausanne工科大学的Graetzel等开发[例如日本专利第2664194号公报(专利文献1)]，具有将金属氧化物半导体(氧化钛等)和敏化色素用于光电转换部位的显著特征。

在这样的色素敏化太阳能电池中，由于光电转换在金属氧化物半导体和敏化色素的接触界面产生，因此，为了提高效率，希望增大金属氧化物半导体的表面积。因此，在色素敏化太阳能电池中，通过将纳米尺寸的金属氧化物半导体用于电极，可相对于表观面积增大有效面积。

这样的金属氧化物纳米粒子仅单纯地涂布于基板时，易因微小的冲击从基板上剥离，无法作为电极发挥功能。另外，由于粒子间的电阻大，因此，无法有效地取出得到的电而使转换效率降低。因此，在涂布氧化钛纳米粒子后，通过在高温(450℃左右)下进行热处理使氧化钛纳米粒子间熔融接合，解决了上述课题。

但是，由于利用上述手法时需要将基板暴露于高温，因此，实质上可使用的基板限定于玻璃等无机材料，无法制作使用塑料基板的柔性色素敏化太阳能电池。

另外，由于在烧结过程中发生热分解，因此，无法预先使色素吸附于涂布前的金属氧化物半导体，需要在烧结过程后使色素吸附的过程，整体上需要包含烧结过程在内的繁杂的工艺，也成为制造成本上升的主要原因。

另外，在日本特开2005-251426号公报(专利文献3)中公开了如下方法：使色素与以色素键合在导电性基板上及键合的色素可游离的方式将金属氧化物、金属硫化物、金属氮化物、金属簇或其合金固定化在该基板上而成的基板键合，测定对其照射光而产生的电流，并由该电流量测定结合的色素量。在该文献中，记载了作为用于以色素可游离的方式固定化的方法，优选使用高分子电解质的方法，在实施例中，记载了将Nafion(Nafion(R)、Aldrich公司制、商品名：Nafion117、平均分子量1000)悬浮于1ml的乙醇中，在其中加入20.5％氧化钛微粒水溶液(TAYCA公司制、商品名：TKS-203、粒径约6nm)400ml，使用通过均匀分散而得到的氧化钛Nafion溶胶分散液制作氧化钛修饰ITO电极。

在该文献中，由于假定使色素游离(脱离)，因此并未假定构建充分的导电路径。另外，由于以不阻碍色素脱离的方式进行，因此，并未假定增大高分子电解质的量，也完全未假定以相对于导电性基板较高的密合性固定金属氧化物等。另外，在该文献中，由于需要将金属氧化物等固定化的工序和使色素吸附的工序，因此，制造工艺变得繁杂。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开第2664194号公报(专利的权利要求)

专利文献2：日本特开第2005-251426号公报(专利的权利要求、段落[0011]～[0012]、实施例)

发明内容

发明所要解决的课题

因此，本发明的目的在于，提供一种可形成具有优异的光电转换特性的光电转换层的组合物、具备由该组合物形成的光电转换层的层叠体(电极)及其制造方法、以及具备该层叠体的光电转换元件。

因此，本发明的另一目的在于，提供一种可在不经过烧结工序的情况下形成相对于基板具有较高的密合性的光电转换层的组合物、具备由该组合物形成的光电转换层的层叠体(电极)及其制造方法、以及具备该层叠体的光电转换元件。

用于解决课题的技术方案

本发明人等为了解决所述课题进行了潜心研究，结果发现，对于半导体(例如氧化钛粒子等)，通过相对于半导体以较大的特定比例组合作为杂质的离子性聚合物(例如强酸性离子交换树脂等)，意外地发现即使不进行烧结也可形成兼顾对于基板的优异密合性和优异的光电转换特性(优异的半导体导电性及优异的半导体-基板间的导电性)的光电转换层，完成了本发明。