色素敏化型太阳能电池制造技术

本发明专利技术的色素敏化型太阳能电池，其包括：负电极结构体（２０）、具备透明导电性基板的对向电极结构体（２１），该负电极结构体（２０）具有金属基板（２５）、形成于金属基板（２５）上并承载了色素（３０）的氧化物半导体层（２９），在金属基板（２５）的表面形成化学转化处理皮膜（２７），在该化学转化处理皮膜（２７）上形成氧化物半导体层（２９）。在该太阳能电池中，通过从与负电极结构体（２０）对向的电极侧照射光进行发电，可防止电池大型化导致曲率因子（ＦＦ）和转换效率的降低，而且，耐久性优异，可确保长期稳定的转换效率，并改善整流势垒的问题。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及色素敏化型太阳能电池，更详细地说，涉及通过从与负电极对向设置的对向电极(阴极)侧照射光进行发电的色素敏化型太阳能电池。
技术介绍
目前，从地球规模的环境问题和化石能源资源枯竭问题等观点出发，对太阳光发电的期待增加，单结晶及多结晶硅酮光电转换元件正被实用化作为太阳能电池。然而，该种太阳能电池存在价格高、硅酮原料的供给问题等，期待使用硅酮以外的材料的太阳能电池的实用化。从上述那样的观点出发，最近，作为使用硅酮以外的材料的太阳能电池，色素敏化型太阳能电池受到注目。该色素敏化型太阳能电池通常具有如图3所示的结构。即，该太阳能电池中，在透明玻璃或透明树脂膜等透明基板la上具有设置有透明导电膜lb(例如ITO膜)的基板作为电极基板l,在该电极基板l的透明导电膜lb上设置二氧化钛等金属氧化物半导体的多孔层3,该多孔层3的表面吸附承载有敏化色素(例如Ru色素)5。由这样的具备氧化物半导体层3的电极基板l形成的负电极结构体(光电极)7与正极10相对设置，并且两者间夹入电解质8。这样的结构的色素敏化型太阳能电池中，当从负电极结构体7侧照射可见光时，色素5被激发，从基底状态过渡到激发状态，被激发的色素5的电子被注入到半导体的多孔层3的传导带，通过外部电路12移动到正电极10 。移动到正极10的电子由电解质中的离子而被输送，回到色素5。这样，通过重复这样的过程，电能被取出。这样的色素敏化型太阳能电池的发电机理与Pn接 合型光电转换元件不同，光的捕捉和电子传导在各自的位置进 行，与植物的光电转换过程非常相似。然而，如上述所述进行从负电极结构体7侧照射光的情况 下，透明导电膜lb的电阻变大，使电池(起到电池作用的发电 最小单元)大型化时，存在内部电阻(曲率因子、FillFactor; FF)和转换效率大大降低的问题。为了解决这样的问题，在专利文献l公开了 一种色素敏化型 太阳能电池，其由负电极的对向电极侧(正电才及侧)照射光进 行发电。该结构的太阳能电池中，由于不是由负电极侧照射光， 因而可以直接在低电阻金属板上设置承载有色素的半导体多孔 层，具有可以有效避免电池大型化导致的FF和转换效率降低的 优点。专利文献l:曰本净争开2001 — 273937
技术实现思路
然而，在如专利文献1那样通过从正电极侧照射光进行发电 的色素敏化型太阳能电池中，存在耐久性低、短期间内转换效 率降低这样的问题和整流势垒的问题。即，形成于低电阻的金 属基板上的半导体层主要是通过溶胶凝胶法制造的致密的氧化 物半导体层，因此，存在整流势垒不完全、随时间转换效率降 低这样的缺陷。因此，本专利技术的目的在于，提供一种色素敏化型太阳能电 池，其通过从负电极结构体的对向电极侧照射光进行发电，可 防止电池的大型化导致的曲率因子(FF)和转换效率的降低， 而且耐久性优异，能确保长时间稳定的转换效率，整流势垒的 问题也得以改善。本专利技术的其他目的在于，提供一种用于制造色素敏化型太阳能电池的氧化物半导体层形成用糊剂，其能够形成多孔度高、可吸附承载大量敏化色素的氧化物半导体层，并显示出高的转换效率。根据本专利技术，提供一种色素敏化型太阳能电池，其包括负电极结构体、具备透明导电性基板的对向电极结构体、在该负电极结构体与对向电极之间设置的电解质层；该负电极结构体具有金属制电极基板和承载有色素的氧化物半导体层，其特征在于，在前述金属制电极基板的表面形成有化学转化处理膜，在该化学转化处理膜上形成有前述氧化物半导体层。本专利技术的色素敏化型太阳能电池中，优选(a) 前述金属制电极基板为铝或铁制、(b) 前述化学转化处理皮膜的厚度为5 ~ 500nm的范围、(c) 对于前述氧化物半导体层用电子显微镜观察其表面时，在1 (imx 1 nm面积大小的面观察到面积为10000nm2以上的大小的细孔以总细孔数的5 ~ 80%的个数存在、(d) 前述氧化物半导体层具有l至15pm的厚度。根据本专利技术，另外，提供色素敏化型太阳能电池中的氧化物半导体层形成用糊剂，其特征在于，其含有氧化钛微粒、钛系粘合剂、有机溶剂、由碳原子数为5以上的高级醇构成的多孔化促进剂。本专利技术的氧化物半导体层形成用糊剂中，优选(e) 前述氧化钛孩i粒具有5 ~ 500nm的粒径、(f) 其以相对于前述氧化钛微粒1 OO重量份为5至60重量份的量含有前述钛系粘合剂、(g) 其含有甘醇醚和/或(3- 二酮作为改性化剂，前述异丙醇钛的至少 一部分由该改性化剂进行改性、(h) 其以相对于前述异丙醇钛100重量份为0.01至30重量 份的量含有前述改性化剂、(i) 前述有机溶剂为碳原子数为4以下的低级醇、(j )其以相对于前述氧化钬孩i粒100重量4分为0.01至50重 量份的量含有前述多孔化促进剂、(k)其具有10至50重量％的固体成分浓度。本专利技术的色素敏化型太阳能电池中，由于从与负电极结构 体相反的电极侧入射光进行发电，因而，承载有色素的氧化物 半导体层无需借助透明导电膜这样的高电阻膜而设置在电极基 板(负电极)上，结果，在使电池大面积化的情况下也显示出 与小面积时几乎相同的FF (曲率因子)和转换效率。另外，本专利技术中，在负电极结构体中的金属制电极基板(负 电极)的表面形成有化学转化处理皮膜，在该化学转化处理皮 膜上形成有氧化物半导体层。即，该化学转化处理皮膜起到防 止逆电流层的作用，形成稳定的整流势垒，结果，能够有效避 免转换效率的降低。进而，该化学转化处理皮膜对电解质的耐 性变高，通过负电极结构体与对向电极(正电极)之间的电解 质，可以有效防止金属制电极基板(负电极)的腐蚀等导致的 劣化，结果，能够提高耐久性、并维持长时间的高转换率。进而，能够连续容易地通过化学转化处理形成金属制电极 基板上的化学转化处理皮膜，而不像蒸镀膜那样需要使用昂贵 的装置以间歇式进行，因此，本专利技术的色素敏化型太阳能电池 的生产率极高。另外，根据本专利技术的氧化物半导体层形成用糊剂，通过将 其涂布在金属制电极基板(负电极)上并烧成，可以形成多孔 度高的氧化物半导体层。即，通过使用这样的糊剂，在上述那样从对向电极侧光照射的色素敏化型太阳能电池的氧化物半导体层中，在lixmxl!im 面积大小的水平剖面观察到面积为10000nm2以上的大小的细 孔以总细孔数的5~ 80°/。的个数存在，多孔度变高、能够承载大 量的敏化色素，并进一步提高了转换效率。例如，在使用不含 多孔化促进剂(碳原子数为5以上的醇)的糊剂的情况下，不能 实现上述那样的多孔化，而是形成几乎未形成上述那样的大细 孔的比较致密的氧化物半导体层，在提高转换效率方面不够充附图说明图l是显示本专利技术的色素敏化型太阳能电池的简要结构的图。图2是本专利技术的色素敏化型太阳能电池的其他例子中的要 件放大图。图3是显示现有公知的色素敏化型太阳能电池的简要结构 的图。图4是描绘实施例l及比较例1的色素敏化型太阳能电池中 的电流密度和开路电压的图。具体实施例方式以下，基于显示于说明书附图的具体例子详细说明本专利技术。 如图l所示，本专利技术的太阳能电池具备总体以20表示的负电 极结构体、总体以21表示的对向电极(正电极)结构体，在这 些电极结构体20、 21之间配置有电解质23,从对向电极结构体 21侧照射可见光，使其入射本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种色素敏化型太阳能电池，其包括：负电极结构体、具备透明导电性基板的对向电极结构体、在该负电极结构体与对向电极之间设置的电解质层；该负电极结构体具有金属制电极基板和承载有色素的氧化物半导体层，其特征在于，　在前述金属制电极基板的表面形 成有化学转化处理膜，在该化学转化处理膜上形成有前述氧化物半导体层。

【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：山本直嗣，佐藤一弘，
申请(专利权)人：东洋制罐株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]