染料敏化太阳能电池及其制造方法技术

本发明专利技术提供了可以简单制造、功率提取效率高、适于大型化的染料敏化太阳能电池及其制造方法。染料敏化太阳能电池包括透明基板（１２）、吸附染料的多孔半导体层（１４）、导电金属膜（１６）和具备导电膜的基板，在导电金属膜（１６）与具备导电膜的基板之间具有电解质。导电金属膜（１６）不规则地形成有深孔状的多个贯通孔。导电金属膜（１６）与外部电极电连接。贯通孔通过在将具有形状各向异性的微粒（２８）配置在多孔半导体层（１４）上而形成的微粒层上形成导电金属膜（１６），接着通过加热或溶剂洗涤使微粒层消失而得到。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及。
技术介绍
染料敏化太阳能电池被称作湿式太阳能电池或格拉兹尔电池(Gratzelcell)，具 有不使用硅半导体而以碘溶液为代表的电化学的单元结构的特点。具体地，具有由在透明 的导电玻璃板(层压透明导电膜的透明基板)上烧结二氧化钛粉末等、对其吸附染料形成 的二氧化钛层等多孔半导体层和导电玻璃板(导电基板)构成的对电极之间配置碘溶液等 作为电解液的简单结构。染料敏化太阳能电池由于材料便宜、制作上不需要大规模的设备，因此作为低成 本的太阳能电池受到瞩目。对于染料敏化太阳能电池，正在谋求太阳光转换效率的进一步提高，也正在从各 方面进行研究。作为其中之一，为了改善电极导电性而提高功率提取效率，正在研究省略通常形 成在光入射侧设置的透明基板上的透明导电膜的方法。这在使太阳能电池大型化时具有特 别大的意义。例如，公开了省略透明导电膜，在透明基板上直接设置吸附染料的1102多孔半导 体层，在多孔半导体层表面溅射Ti来形成的开孔的Ti薄膜作为集电极的染料敏化太阳能 电池(参照非专利文献1)。据报告，该电池的太阳光转换效率为3.6%。另外，例如，公开了在玻璃基板上具有依次包括半导体微粒层、金属网、电荷移动 层和对电极的层压部，金属网和电荷移动层直接接触的结构的光电转换元件(参照专利文 献1) O专利文献1 日本特开2007-73505号公报非专利文献 1 :J. Μ. Kroon, et al. , Nanocrystalline Dye-Sensitized SolarCells Having Maximum Performance, Prog. Photovolt, Wileylnter Science,2006但是，非专利文献1中没有提及Ti薄膜的厚度或开口率等，在通过溅射形成的Ti 薄膜的厚度极薄时，例如若为20nm左右，则多孔半导体层表面的TiO2粒子的凹凸上形成的 Ti薄膜中能够形成孔，但Ti薄膜的面电阻(薄膜电阻)变大，有可能不会实现功率提取效 率的大幅提高。与此相对，为了降低Ti薄膜的面电阻，如果将Ti薄膜的厚度增厚为例如几 百nm左右，则Ti薄膜上不形成孔，有可能阻止电解液向多孔半导体层浸透而无法起到太阳 能电池的作用。另外，专利文献1中，制造方法繁杂，会增加制造成本。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供可以简单制造、功率提取效率高、适于大型化的 。本专利技术的染料敏化太阳能电池，其特征在于，包括透明基板；配置在该透明基板 上、吸附染料的多孔半导体层；配置在该多孔半导体层的内部或与该透明基板相反侧的表 面上、不规则地形成有深孔状的多个贯通孔并与外部电极电连接的导电金属膜；和与该透 明基板对向设置的导电基板，在该导电金属膜与该导电基板之间有电解质。另外，本专利技术的染料敏化太阳能电池，其特征在于，优选所述导电金属膜的厚度为 IOOnm以上。另外，本专利技术的染料敏化太阳能电池，其特征在于，优选所述导电金属膜的材料为 耐腐蚀性金属。另外，本专利技术的染料敏化太阳能电池，其特征在于，所述耐腐蚀性金属为选自钨、 钛和镍中的一种或两种以上、或者它们的化合物。另外，本专利技术的染料敏化太阳能电池的制造方法，其特征在于，为上述染料敏化太 阳能电池的制造方法，具有微粒层形成工序，将通过加热或溶剂洗涤能够去除的、具有形状各向异性的微粒 配置在多孔半导体层上，形成微粒层；导电金属膜形成工序，在该微粒层上形成导电金属膜；微粒层消失工序，通过加热或溶剂洗涤使该微粒层消失。另外，本专利技术的染料敏化太阳能电池的制造方法，其特征在于，为上述染料敏化太 阳能电池的制造方法，具有混合层形成工序，将多孔半导体材料和通过加热或溶剂洗涤可除去的、具有形状 各向异性的微粒的混合层形成在多孔半导体层上；导电金属膜形成工序，在该混合层的表面形成导电金属膜；微粒层消失工序，通过加热或溶剂洗涤使该微粒消失。另外，本专利技术的染料敏化太阳能电池的制造方法，其特征在于，为上述染料敏化太 阳能电池的制造方法，具有混合层形成工序，将导电金属和通过加热或溶剂洗涤可除去的、具有形状各向异 性的微粒的混合层形成在多孔半导体层上；微粒层消失工序，通过加热或溶剂洗涤使该微粒消失。另外，本专利技术的染料敏化太阳能电池的制造方法，其特征在于，优选进一步具有多 孔半导体层层压工序，将与所述多孔半导体层不同的其他多孔半导体层形成在所述导电金 属膜的表面。另外，本专利技术的染料敏化太阳能电池的制造方法，其特征在于，优选所述具有形状 各向异性的微粒为具有将多面体的顶点作为前端的多根支脚的微粒或针状微粒。本专利技术的染料敏化太阳能电池省略通常设置在透明基板上的透明导电膜，取而代 之，在多孔半导体层的内部或与该透明基板相反侧的表面，设置不规则地形成深孔状的多 个贯通孔且与外部电极电连接的导电金属膜，因此，可以容易制作，功率提取效率高，另外， 特别是通过增加导电金属膜的厚度，可以作为适于大型化的染料敏化太阳能电池。另外，本专利技术的染料敏化太阳能电池的制造方法为上述染料敏化太阳能电池的制 造方法，由于将通过加热或溶剂洗涤可除去的、具有形状各向异性的微粒用于导电金属膜 的孔的形成，可以适当地得到上述染料敏化太阳能电池。附图说明图1为示意性表示本实施方式的染料敏化太阳能电池的剖面结构图；图2(A)为用于说明本实施方式的染料敏化太阳能电池的制造方法的制造工序的 电池部件结构的模式图，用于说明多孔半导体层形成工序；图2(B)为用于说明本实施方式的染料敏化太阳能电池的制造方法的制造工序的 电池部件结构的模式图，用于说明微粒层形成工序；图2(C)为用于说明本实施方式的染料敏化太阳能电池的制造方法的制造工序的 电池部件结构的模式图，用于说明导电金属膜形成工序；图2(D)为用于说明本实施方式的染料敏化太阳能电池的制造方法的制造工序的 电池部件结构的模式图，用于说明微粒层消失工序；图3的㈧表示使用实施例1的多孔Ti电极时的氧化钛的染料吸附状态，⑶表 示代替多孔Ti电极，用现有方法在玻璃基板上形成致密的Ti层时的玻璃基板的染料吸附 状态；图4为表示染料敏化太阳能电池的薄膜电阻与Ti膜的厚度之间的关系图；图5为表示染料敏化太阳能电池的电压与电流密度之间的关系图。符号说明10染料敏化太阳能电池12透明基板14多孔半导体层16导电金属膜18导电膜20 基板22电解质24贯通孔26外部电极28 微粒具体实施例方式以下参照附图，对本专利技术的的优选实施方式进 行说明。例如，如图1中示意性所示，本实施方式的染料敏化太阳能电池10包括透明基板 12、配置在透明基板12上的吸附染料的多孔半导体层14、配置在多孔半导体层14的与透 明基板12相反侧的表面上的导电金属膜16、以及与透明基板12对向设置的具备导电膜18 的基板20 (导电基板)。进而，在导电金属膜16与具备导电膜18的基板20之间具有电解 质22。另外，图1中，参照符号23表示用于将电解质22密闭在电池内而设置的衬垫。导电金属膜16不规则地形成有深孔状的多个贯通孔24。在此，深孔状的贯通孔 24是指，即使在导电金属膜16的厚度较厚的情况下，具有相对小直径的孔也能够可靠地贯 通导电金属膜16的深度的深孔，例如，与孔径的尺寸相比，具有几倍或几十倍的深度尺寸的长圆柱状孔。导本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种染料敏化太阳能电池，其特征在于，包括：透明基板；配置在该透明基板上、吸附染料的多孔半导体层；配置在该多孔半导体层的内部或与该透明基板相反侧的表面上、不规则地形成有深孔状的多个贯通孔并与外部电极电连接的导电金属膜；和与该透明基板对向设置的导电基板，在该导电金属膜与该导电基板之间具有电解质。

【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：早濑修二，山口能弘，
申请(专利权)人：新日铁化学株式会社，国立大学法人九州工业大学，
类型：发明
国别省市：JP[日本]