光电池及用于该光电池的多孔质半导体膜形成用涂料制造技术

本发明专利技术的目的在于提供电子的生成能力良好的同时电子的复合被抑制的具有高光电转换效率的光电池及其制造方法，光电池中，多孔质金属氧化物半导体膜包含由氧化钛形成的基体粒子和被覆该基体粒子表面的氧化钛微粒层构成的氧化钛粒子。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电子的生成能力良好的同时，电子的复合被抑制，而且电子的逆流(称作暗电流或反向电流)及电极间的接合而引起的短路等得到抑制的具有高光电转换效率的光电池及其制造方法。
技术介绍
具有高带隙的金属氧化物半导体材料被用于光电转换材料、光催化材料等以及光传感器和蓄电材料(电池)等。其中，光电转换材料是连续地将光能转换为电能来获取的材料，是利用电极间的电化学反应来将光能转换为电能的材料。如果将光照射于这样的光电转换材料，则在一方的电极侧产生电子并向对电极迁移，迁移至对电极的电子在电解质中形成离子迁移并回到一方的电极。由于该能量转换是连续的，因此被用于例如太阳能电池等。一般的太阳能电池如下构成首先，在形成有透明性导电膜的玻璃板等支承体上形成光电转换材料用半导体的膜作为电极，再配置另外的形成有透明性导电膜的玻璃板等支承体作为对电极，在这些电极间封入电解质。如果对吸附于光电转换材料用半导体的光敏化材料照射例如太阳光，则光敏化材料吸收可见光区域的光而被激发。由该激发而产生的电子迁移至半导体，再迁移至透明导电性玻璃电极，通过连接2个电极的导线迁移至对电极，迁移至对电极的电子将电解质中的氧化还原体系还原。另一方面，已使电子迁移至半导体的光敏化材料形成氧化体的状态，但该氧化体被电解质中的氧化还原体系还原，恢复原来的状态。像这样电子连续地流动，光电转换材料起到太阳能电池的作用。作为该光电转换材料，采用半导体表面吸附有在可见光区域内有吸收的光谱增感染料(日语分光增感色素)而得的材料。例如，日本专利特开平l-220380号公报(专利文献l)中记载了在金属氧化物半导体的表面具有由钌配合物等过渡金属配合物形成的光谱增感染料层的太阳能电池。此外，日本专利特表平5-504023号公报(专利文献2)中记载了在掺入有金属离子的氧化钛半导体层的表面具有由钌配合物等过渡金属配合物形成的光谱增感染料层的太阳能电池。如上所述的太阳能电池中，对于光转换效率的提高，重要的是电子从吸收光而激发的钌配合物等的光谱增感染料层至氧化钛半导体层的迁移迅速进行，若电子迁移无法迅速进行，则发生钌配合物和电子的重新复合或者电子的逆流(称作暗电流或反向电流)，存在光转换效率下降的问题。因此，正在研究使光谱增感染料在氧化钛半导体膜表面的吸附量增多或使氧化钛半导体膜内的电子的迁移性提高的技术。-例如，提出了以下的技术方案形成氧化钛半导体膜时，在电极基板上涂布氧化钛溶胶，干燥，再反复进行烧成的工序而形成多孔质的厚膜，将半导体膜多孔质化，从而使承载于表面的Ru配合物的量增加。此外，也提出了以下的技术方案在40(TC以上的温度下进行氧化钛微粒间的烧成，使导电性提高。另外，日本专利特表平6-511113号公报(专利文献3)中还提出了以下的技术方案为了使有效表面增加，浸渍于氯化钛的水溶液，或者使用氯化钛的水解液以电化学方式堆积于氧化钛膜。此外，日本专利特开2006-49311号公报(专利文献4)中揭示了以下的内容如果采用平均粒径在100nm以上的大粒子(日语7 ， 口粒子)和平均粒径在50mn以下的纳米粒子中的至少若干种相互化学结合而得的光反应层(半导体层)，则具有提高光散射和/或降低电阻的效果，因此赋予较高的效率、较高的电压(开路)、较高的Jcs和/或较高的填充因数。专利文献l:日本专利特开平1-220380号公报专利文献2:日本专利特表平5 — 504023号公报专利文献3:日本专利特表平6 — 511113号公报专利文献4:日本专利特开2006-49311号公报专利技术的揭示然而，以往的采用由氧化钛溶胶等的细微粒子形成的半导体膜或由大粒子和纳米粒子形成的半导体膜的太阳能电池的光转换效率依然不足，需要进一步的改良。鉴于上述问题，本专利技术人等认真研究后发现，如果将由氧化钛形成的基体粒子和被覆该基体粒子表面的氧化钛微粒层构成的氧化钛粒子用于多孔质金属氧化物半导体膜，则所得的光电池的光电转换效率提高，从而完成了本专利技术。另外，还发现通过在透明电极层和多孔质半导体膜之间使用过钛酸形成氧化钛薄膜，可获得光电转换效率进一步提高了的光电池。一种光电池，所述光电池是表面具有电极层(l)且该电极层(l)表面形成吸附有光敏化材料的多孔质金属氧化物半导体膜(l)而成的基板(l)与表面具有电极层(2)的基板(2)以所述电极层(1)及电极层(2)相向的方式配置，在多孔质金属氧化物半导体膜(1)和电极层(2)之间设置电解质层而成的光电池，其中，多孔质金属氧化物半导体膜(l)包含由基体粒子和氧化钛微粒层构成的氧化钛粒子，所述基体粒子由氧化钛形成，所述氧化钛微粒层被覆所述基体粒子表面。如的光电池，其中，所述氧化钛微粒的平均粒径在5 40nm的范围内，基体粒子为球状氧化钛，所述基体粒子的平均粒径在80 3000nm的范围内，氧化钛粒子的平均粒径在85 3100nm的范围内。如的光电池，其中，所述氧化钛微粒的平均粒径在5 40nm的范围内，基体粒子为选自纤维状氧化钛和管状氧化钛的l种以上；所述基体粒子的平均直径在5 40nm的范围内，平均长度在25 1000 w m的范围内。如 的光电池，该光电池是在所述电极层(1)和多孔质金属氧化物半导体膜(1)之间设置来源于过钛酸的氧化钛薄膜(1)而成。.如 的光电池，其中，所述氧化钛薄膜(1)的膜厚在10 70nm的范围内，细孔容积在O. 01 0. 20ml/g的范围内，平均细孔径在O. 5 5.Onm的范围内。 .—种用于光电池的多孔质金属氧化物半导体膜形成用涂料，其特征在于，包含由基体粒子和氧化钛微粒构成的氧化钛粒子层，所述基体粒子由选自球状氧化钛、纤维状氧化钛和管状氧化钛或粒子的l种以上的氧化钛 形成，所述氧化钛微粒被覆所述基体粒子表面。如果采用本专利技术，则由于多孔质金属氧化物半导体膜包含由氧化钛形 成的基体粒子和被覆该基体粒子表面的氧化钛微粒构成的氧化钛粒子，因 此光敏化材料的吸附量高，可获得光散射效果，因而光利用率提高，而且 因为导电通路被短路，所以可以抑制电子的逆流和电子的复合，因此能够 提供光电转换效率提高了的光电池。附图的简单说明图l是表示本专利技术的光电池的 一例的截面简图。 符号的说明1…电极层(1)， 2…半导体膜(1)， 3…电极层(2)， 4…电解质层(2)， 5…基板(1)， 6…基板(2)， 7…氧化钛薄膜。实施专利技术的最佳方式以下，先对本专利技术的光电池进行具体说明。 光电池本专利技术的光电池是表面具有电极层(l)且该电极层(l)表面形成吸附有 光敏化材料的多孔质金属氧化物半导体膜(l)而成的基板(l)与表面具有电 极层(2)的基板(2)以所述电极层(1)及电极层(2)相向的方式配置且多孔质金属氧化物半导体膜(1)和电极层(2)之间设置电解质层而成的光电池，其 特征在于，多孔质金属氧化物半导体膜(l)包含由基体粒子和氧化钛微粒层 构成的氧化钛粒子，所述基体粒子由氧化钛形成，所述氧化钛微粒层被覆 所述基体粒子表面。作为通过本专利技术得到的光电池，可以例举例如图l所示的光电池。 图l是表示通过本专利技术得到的光电池的一例的截面简图，表面具有电极 层(1)且电极层(1)上形成吸附有光敏化材料的多孔质金属氧化物半导体膜 (1)而成的基板(1)与表面具有电极层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电池，所述光电池是表面具有电极层（１）且所述电极层（１）表面形成吸附有光敏化材料的多孔质金属氧化物半导体膜（１）而成的基板（１）与表面具有电极层（２）的基板（２）以所述电极层（１）及电极层（２）相向的方式配置，在多孔质金属氧化物半导体膜（１）和电极层（２）之间设置电解质层而成的光电池，其特征在于，　多孔质金属氧化物半导体膜（１）包含由基体粒子和氧化钛微粒层构成的氧化钛粒子，所述基体粒子由氧化钛形成，所述氧化钛微粒层被覆所述基体粒子表面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：水野隆喜，小柳嗣雄，田中敦，
申请(专利权)人：日挥触媒化成株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]