[发明专利]染料敏化太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及可以实现出色的光电转换效率和出色的耐久性的染料敏化太阳能电池。

背景技术

近年中，作为清洁能源吸引注意力的太阳能电池，也已开始用于普通住宅，但是尚未充分普及。原因之一包括由于太阳能电池本身的性能很难可以被称为足够出色，因此需要形成大尺寸模块。此外，其他原因包括由于模块生产的生产率低，因此太阳能电池本身是昂贵的。

尽管存在几种类型的太阳能电池，但付诸实用的大多数太阳能电池是硅太阳能电池。然而，最近吸引注意并出于实用目的进行研究的太阳能电池是染料敏化太阳能电池。当前的染料敏化太阳能电池的原型由Dr.M.Graetzel(瑞士)等在1991年开发，并且也被称为Graetzel电池。其结构一般采取的形式是其中电荷转移层(即含有氧化还原材料的电解质溶液)夹在由提供在透明导电基材上用作一个电极的染料敏化的氧化物半导体微粒制成的含半导体层与由对电极制成的基材之间，在所述对电极中将铂等排列成面朝含半导体层。例如，通过允许钌络合染料吸附在多孔氧化钛电极上，染料敏化太阳能电池已实现与无定形硅太阳能电池近似相同的性能(参见非专利文献1)。然而，对于其实际应用来说，仍存在大量问题。特别是，提高耐久性以便将它长期使用，是应该被克服的重要问题之一。为了实现作为成本昂贵的硅太阳能电池的替代物的染料敏化太阳能电池的实际应用，需要进一步提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率和耐久性。

染料敏化太阳能电池的敏化染料被粗略地分成两族，钌系染料和非钌系染料。在近年中，在资源上具有很少限制并且分子设计的范围宽泛的非钌系染料，已被积极开发(参见非专利文献2)。此外，含有铂的电极常常被用作染料敏化太阳能电池的对电极，以便实现高的转换效率。此外，含有具有良好平衡的性能的碘氧化还原对的电解质溶液，通常被用作位于含半导体层与对电极之间的电荷转移层。然而，尽管通过组合这些组件获得的染料敏化太阳能电池具有良好的初始光电转换效率，但由于碘氧化还原系统的高的腐蚀性，这种太阳能电池具有长期稳定性不良的缺点。

为了解决如上所述的缺点，专利文献1提出了一种通过用含有硫的化合物对铂基材进行表面处理来制备对电极的方法，以及向电解质溶液添加含硫材料的方法。尽管通过这些方法确实提高了铂对电极的稳定性，但铂基材的表面处理造成对过程的大的负担，并且处理效果可能不能长期维持。此外，由于具有低氧化值的含硫材料通常被碘氧化还原系统氧化，因此当向电解质溶液添加这样的化合物时，显著损害电解质溶液的稳定性的可能性高。然而，在上述专利中，完全没有提到这些缺点。此外，实施例中的耐久性评估结果不在电池可以被认为具有长期稳定性的水平上。因此，上述专利中公开的方法必须被称为仍然是不完整的技术。

此外，向电解质溶液添加硫材料的类似实例包括添加硫氰酸根离子的电解质溶液(参见非专利文献3、专利文献2等)、添加具有烷基硫基或苯甲基硫基的氨基三唑的电解质溶液(参见专利文献3)、以及添加环丁砜的电解质溶液(参见专利文献4)。然而，这些实例都没有提到电解质溶液或铂的稳定性，并且对电池构造的研究没有充分发展。特别是，当使用添加硫氰酸根离子的广泛公知的电解质溶液时，损害电池的长期耐久性的可能性高。因此，将非钌系染料、铂电极和含有碘氧化还原系统的电解质溶液都用作组分的现有技术的染料敏化太阳能电池预期将会实用，但在长期耐久性方面仍具有大量缺点。

引用列表

专利文献

专利文献1：WO 2012-014414

专利文献2：JP 2010-192226A

专利文献3：JP 4264507B

专利文献4：WO 2009-069757

非专利文献

非专利文献1：Nature,vol.353,pp.737-740,1991

非专利文献2：Chemical Reviews,vol.110,No.11,pp.6616-6631,2010

非专利文献3：The Journal of Physical Chemistry C,vol.113,pp.21779-21783,2009

发明概述

技术问题

本发明的目的是提供一种使用非钌系染料的染料敏化太阳能电池，其可以实现出色的光电转换效率和出色的耐久性。

解决问题的手段