色素增感太阳能电池及色素增感太阳能电池的制造方法技术

本发明专利技术的目的是提供在不使用金属络合物色素的情况下能够大幅地扩大光吸收波长范围、并能够实现优异的光电转换特性的色素增感太阳能电池及色素增感太阳能电池的制造方法。本发明专利技术的色素增感太阳能电池是具有光电极的色素增感太阳能电池，所述光电极具备：基板、形成于上述基板上的透明导电层、层叠于所述透明导电层上的含有金属氧化物粒子的金属氧化物多孔质层，且在上述金属氧化物多孔质层上担载有增感色素，其中，上述增感色素含有花青系有机色素及含吲哚满骨架的色素，上述花青系有机色素及含吲哚满骨架的色素以多阶段担载在金属氧化物多孔质层上，并且，在上述金属氧化物粒子的表面，上述花青系有机色素以比上述含吲哚满骨架的色素高的浓度存在。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】色素增感太阳能电池及色素增感太阳能电池的制造方法
本专利技术涉及在不使用金属络合物色素的情况下能够大幅地扩大光吸收波长范围、并能够实现优异的光电转换特性的色素增感(也称为染料敏化)太阳能电池及色素增感太阳能电池的制造方法。
技术介绍
色素增感太阳能电池是利用了身边的材料即金属氧化物半导体多孔膜的太阳能电池，与硅太阳能电池相比，一直期待其作为在不需要高价的材料和工艺的情况下能够实现廉价的太阳能电池的设备而被实用化。这样的色素增感太阳能电池的基本原理如专利文献1中公开的那样如下所述。首先，若对色素增感太阳能电池照射光，则吸附在金属氧化物半导体多孔质层表面的增感色素吸收光，色素分子内的电子被激发，电子向半导体传递。由此，在光电极侧产生电子，该电子经过电路而移动至正电极中。然后，移动至正电极的电子通过电解质层而返回到光电极中。通过重复这样的过程，能够产生电能，实现高的光电转换效率。色素增感太阳能电池的光电转换效率受到增感色素的光吸收特性的很大影响。增感色素的吸收波长域与增感色素所具有的化学结构有关，现状是一直没有得到从可见光整个区域到近红外线区域内光吸收效率高的增感色素。与此相对，专利文献2、3、4等中公开了通过使金属氧化物半导体多孔膜中担载光吸收特性不同的多种增感色素来提高色素增感太阳能电池的光电转换效率的方法。具体而言，专利文献2中记载了通过在金属氧化物半导体纳米多孔膜中按照氧化还原电位小的顺序层叠吸附氧化还原电位不同的2种以上的增感色素来提高光电转换效率的方法。此外，专利文献3中记载了通过化学吸附2种以上的增感色素并吸附到金属氧化物半导体纳米多孔膜上来得到高特性的方法。进而，专利文献4中记载了通过使金属氧化物半导体纳米多孔膜的表面的不同的部位吸附2种色素来提高特性的方法。这些方法均为将金属络合物色素与有机色素并用而担载的方法，但由于有机色素与金属氧化物半导体多孔膜的吸附性高，所以通过以良好的控制方式担载金属络合物色素与有机色素，难以扩大光吸收波长范围而提高光电转换特性。此外，金属络合物色素大多为钌等稀有金属的络合物，有可能变成资源不足，而且还高价。进而，金属氧化物半导体为氧化锌时，发生钌络合物色素容易从氧化锌膜中溶出等问题。因此，寻求一种在不使用金属络合物色素的情况下能够扩大光吸收波长范围的色素增感太阳能电池。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利第2664194号公报专利文献2：日本专利第3505414号公报专利文献3：日本专利第4574897号公报专利文献4：日本特开2009-032547号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题本专利技术提供在不使用金属络合物色素的情况下能够大幅地扩大光吸收波长范围、并能够实现优异的光电转换特性的色素增感太阳能电池及色素增感太阳能电池的制造方法。用于解决课题的手段本专利技术为一种色素增感太阳能电池(也称为染料敏化太阳能电池)，其是具有在形成有透明导电层的基板的上述透明导电层上层叠含有金属氧化物粒子的金属氧化物多孔质层、且在上述金属氧化物多孔质层上担载有增感色素的光电极的色素增感太阳能电池，其中，上述增感色素含有花青系有机色素及含吲哚满骨架的色素，上述花青系有机色素及含吲哚满骨架的色素以多阶段担载于金属氧化物多孔质层上，并且，在上述金属氧化物粒子的表面，上述花青系有机色素以比上述含吲哚满骨架的色素高的浓度存在。本专利技术人们进行了深入研究，结果发现，通过在金属氧化物多孔质层上以多阶段担载含有花青系有机色素及含吲哚满骨架的色素的增感色素，可得到在不使用金属络合物色素的情况下能够大幅地扩大光吸收波长范围、且具有高的光电转换特性的色素增感太阳能电池，从而完成了本专利技术。图1是表示本专利技术的色素增感太阳能电池的一个例子的模式图。本专利技术的色素增感太阳能电池成为依次具有透明基板1、透明电极2、金属氧化物多孔质层5的光电极与正电极12介由形成于周缘部的密封体11被层叠在一起的结构，在色素增感太阳能电池的内部内包有电解质溶液10。此外，金属氧化物多孔质层5由担载色素的金属氧化物粒子6构成，在孔部担载有增感色素。将担载色素的金属氧化物粒子6的放大模式图示于图2中。本专利技术中，花青系有机色素(第1色素)8及含吲哚满骨架的色素(第2色素)9以多阶段担载于金属氧化物粒子7上，相对于金属氧化物粒子7，花青系有机色素8存在于其附近，含吲哚满骨架的色素9存在于远离金属氧化物粒子7的位置。即，在金属氧化物粒子7的表面，花青系有机色素8以比含吲哚满骨架的色素9高的浓度存在。另外，本说明书中，将最初担载的增感色素称为第1色素，以后按照担载的顺序称为第2色素、第3色素、…。此外，所谓多阶段是指2个阶段以上，优选设为2～3个阶段。作为本专利技术的色素增感太阳能电池中使用的基板，只要是不会妨碍入射的光、且具有适度的强度的基板就没有特别限定，例如可列举出玻璃、由透明树脂形成的片材、薄膜等。作为上述透明树脂，没有特别限定，例如可列举出由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚砜、聚碳酸酯、聚醚砜、聚芳酯、环状聚烯烃等具有耐热性的透明性树脂形成的基板。上述基板的厚度的优选的下限为20μm，优选的上限为1mm。通过将基板的厚度设为上述范围内，能够使其具有适度的处理性和刚性和柔软性。作为上述的透明电极，例如可列举出由ITO、SnO2、ZnO、GZO、AZO、FTO等具有透明性的氧化物半导体构成的透明电极。ITO由于电阻率小且稳定，透明性高，所以优选。透明电极可以通过溅射、CVD、蒸镀、离子镀等干式成膜法、或将由上述的氧化物半导体构成的微粒分散到溶剂中进行涂布成膜的湿式成膜法来形成。此外，也可以通过将分散在溶剂中的金属微粒进行涂布或印刷而将金属细线的网状的电极作为透明电极。光透过没有金属细线的部分，金属细线作为电极发挥功能。与溅射等相比，不需要真空腔室等成膜装置，制造非常容易。这种情况下，优选在金属细线的表面形成耐蚀性的保护层、或使用钛或不锈钢等具有耐蚀性的金属。此外，在透明树脂薄膜与透明电极之间，为了提高透明电极的密合性或防止损伤，还可以形成硬涂层。本专利技术的色素增感太阳能电池具有在形成有上述透明导电层的基板的透明导电层上层叠有含有金属氧化物粒子的金属氧化物多孔质层而成的光电极。上述光电极具有金属氧化物多孔质层。上述金属氧化物多孔质层是由金属氧化物粒子构成、且在内部以网眼状形成纳米尺寸的微小孔的介孔性(mesoporous)的半导体膜。作为上述金属氧化物粒子的材料，可列举出氧化锌、氧化钛等。当使用上述氧化锌时，通过氧化锌微粒的涂布成膜法或氧化锌的电沉积法，可以形成金属氧化物多孔质层。作为上述氧化锌微粒的涂布成膜法，可列举出将氧化锌微粒分散到溶剂和粘合剂中而进行糊剂化并通过旋涂或棒涂等进行涂布成膜的方法、通过丝网印刷法等成膜后进行溶剂干燥而成膜的方法等。上述氧化锌的电沉积法是在经氧鼓泡的氯化锌水溶液中对透明电极基板施加规定的电压而镀覆氧化锌的方法，可以并用模板(template)材料来控制膜的多孔性。特别是当上述金属氧化物多孔质层的材质为氧化锌时，通过在成膜后进行温水处理，能够提高氧化锌微粒间的粘着性。上述金属氧化物多孔质层的膜厚优选为2～20μm。若上述膜厚低于2μm，则由于色素担载量变少，所以有时色素增感太阳能电池的光电转换特性降本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种色素增感太阳能电池，其特征在于，其是具有光电极的色素增感太阳能电池，所述光电极具备：基板、形成于所述基板上的透明导电层、层叠于所述透明导电层上的含有金属氧化物粒子的金属氧化物多孔质层，且在所述金属氧化物多孔质层上担载有增感色素，其中，所述增感色素含有花青系有机色素及含吲哚满骨架的色素，所述花青系有机色素及含吲哚满骨架的色素以多阶段担载在金属氧化物多孔质层上，并且，在所述金属氧化物粒子的表面，所述花青系有机色素以比所述含吲哚满骨架的色素高的浓度存在。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.30 JP 2012-0827261.一种色素增感太阳能电池，其特征在于，其是具有光电极的色素增感太阳能电池，所述光电极具备：基板、形成于所述基板上的透明导电层、层叠于所述透明导电层上的含有金属氧化物粒子的金属氧化物多孔质层，且在所述金属氧化物多孔质层上担载有增感色素，其中，所述增感色素含有花青系有机色素及含吲哚满骨架的色素，所述花青系有机色素及含吲哚满骨架的色素以多阶段担载在金属氧化物多孔质层上，并且，在所述金属氧化物粒子的表面，所述花青系有机色素以比所述含吲哚满骨架的色素高的浓度存在，所述花青系有机色素具有下述通式(1)所表示的结构，通式(1)中，A、B相互独立地表示可具有取代基的苯环或萘环，R1～R4相互独立地表示碳原子数为1～10的烷基或可具有取代基的苄基，R5表示氰基、氟原子、氯原子、溴原子或碘原子，n相互独立地表示1～3的整数，Anp-为p价的阴离子，p表示1或2的整数，q表示0～2的整数，所述含吲哚满骨架的色素具有下述通式(2)所表示的结构，通式(2)中，R...

【专利技术属性】
技术研发人员：广濑贞一，冈本俊纪，松根未和，矢野亨，长田广幸，青山洋平，
申请(专利权)人：株式会社艾迪科，
类型：发明
国别省市：日本;JP