光电转换器件和用于制造光电转换器件的方法技术

公开了具有较高转换效率的光电转换器件，和用于制造该光电转换器件的方法。光电转换器件包括工作电极，其具有透明电极(2)和在透明电极(2)表面上形成的担载染料的多孔金属氧化物半导体层；对立电极(5)；和电解质层(4)，氧化物半导体层表面羟基的浓度等于或大于0.01个/(nm)2且等于或小于4.0个/(nm)2，吸附水的浓度等于或大于0.03个/(nm)2且等于或小于4.0个/(nm)2。制造光电转换器件的方法包括：第一步，在透明电极(2)的表面形成多孔金属氧化物半导体层(3)；第二步，处理在氧化气氛下进行低温等离子体处理将氧化物半导体层表面羟基的浓度控制为等于或大于0.01个/(nm)2且等于或小于4.0个/(nm)2，将吸附水的浓度控制为等于或大于0.03个/nm2且等于或小于4.0个/(nm)2；和第三步，在氧化物半导体层担载染料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有较高转换效率的光电转换器件，和用于制造该光电转换器件的方法。
技术介绍
从有效利用资源或保护环境免受污染的角度来看，近年来直接将日光转换为电能的太阳能电池受到了很多关注，且对太阳能电池的各种研究和开发也在进行中。大多数太阳能电池使用晶体硅或非晶硅作为光电转换的材料。光电转换效率代表将太阳光的光能转换为电能的性能，与非晶硅太阳能电池相比，晶体硅太阳能电池的光电转换效率更高。如此，照惯例晶体硅太阳能电池常常被用作太阳能电池。然而，由于晶体硅 太阳能电池需要许多能量以及时间用于生长硅晶体，因此其生产力较低且成本较高。与晶体硅太阳能电池相比，由于非晶硅太阳能电池可吸收和利用波长范围更宽的光，可选择由各种原料制成的基板，且大面积的电池很容易制备，因此非晶硅太阳能电池是有利的。另外，与晶体硅太阳能电池相比，非晶硅太阳能电池不需要结晶化，因此可以较低的成本以及有利的生产力进行制造。然而，其光电转换效率比晶体硅太阳能电池的光电转换效率要低。除了使用晶体硅或非晶硅的太阳能电池，还有染料敏化太阳能电池，其使用装有染料的多孔金属氧化物半导体构成的电极。由于制造电池所需的原料在资源方面受到的限制更少，且可通过或流水线生产系统制造电池无需真空设备，因此染料敏化太阳能电池具有较低的制造成本和设备成本，因此与硅太阳能电池相比，其是有利的。普通染料敏化太阳能电池包括由透明导体层表面上形成并装有染料的多孔金属氧化物半导体层构成的工作电极和由透明或不透明导体层和/或催化层构成的对立电极，且具有以下构造，其中工作电极和对立电极彼此相对设置，电解质层布置在二者之间。将二氧化钛作为多孔金属氧化物半导体层使用。将敏化染料，如钌络合物作为染料使用。此外，将以碘为主要成分的电解液作为电解质层使用。对于染料敏化太阳能电池中的多孔金属氧化物半导体层，例如多孔二氧化钛层而言，通常准备好分散涂覆二氧化钛颗粒，将其涂在透明导体层的表面上，干燥之后在350°C至450°C的高温下锻烧以增强颗粒间的键合状态，并提高电子扩散特性(参见，例如下文中将描述的专利文件I)。针对将树脂(聚合物)作为基体的染料敏化太阳能电池，已尝试通过在树脂(聚合物)不会熔化的低温下锻烧形成多孔二氧化钛层(参见，例如以下将描述的非专利文件I)。此外，至于制造将树脂(聚合物)作为基体的染料敏化太阳能电池中的多孔金属氧化物半导体层的方法，已知按压金属氧化物颗粒层的方法是制备多孔金属氧化物半导体层的方法(参见，非专利文件2和专利文件2)。此外，已知了基于对多孔二氧化钛层进行等离子体处理的表面改性法(参见，例如以下将描述的专利文件I和专利文件3)。此外，由于可通过测量从氧化物半导体表面脱附的化学物种(chemical species)导致的压力变化或以恒定速率增加固体表面的温度而导致的脱附的化学物种的改变量，并分析吸附的化学物种、吸附量、表面的吸附状态或从表面脱附的过程来计算出氧化物半导体的表面所吸附水的量和羟基的量，因此可将其作为热脱附分析(参见，例如下面将要描述的非专利文件3)。引文列表专利文件专利文件I :日本专利申请公开号2006-310134(第0017至0028段)专利文件2 W000/72373 (权利要求I)专利文件3 :日本专利中请公开号2004-247104(第0015至0019段) 非专利文件非专利文件I :UCHIDA Satoshi，SEGAWA Hiroshi，“作为柔性装置的薄膜型染料敏化太阳能电池，，(“Film type dye sensitization solar cell asflexible device”),Functional Materials,第29卷，10号，29-35 (20009) (3.用于薄膜型染料敏化太阳能电池的二氧化钛电极的稳定性，4.用于二氧化钛电极的微波锻烧技术)。非专利文件2 H. Lindstron等,“用于在制造塑胶基板上制造纳米结构电极的新方法，，(“A New Method for Manufacturing NanostructuredElectrodes on PlasticSubstrates”)，Nano lett.，第 I 卷,2 号,97-100 (2001)(试验部分、结果和讨论)非专利文件3 HIRASHITA Norio，UCHIYAMA，Taizou，“对通过热气体脱附分析测量的从半导体集成电路用材料释放的气体的定量分析”(“Quantitative analysis of gasreleased from materials for semiconductorintegrated circuit measured by thermalgas desorption analysis，，)，AnalyticalChemistry，43，757 (1994)。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题根据专利文件1，采用了在350°C至450°C的高温下进行的锻烧处理以增强多孔金属氧化物半导体层内颗粒间的键合状态并提高电子扩散性能。因此，可使用的基体便仅限于用高耐热性材料，例如玻璃制造，因此生产成本，如染料敏化太阳能电池使用的基体的原料成本或制造太阳能电池所消耗的能源成本会很高。此外，根据非专利文件1，针对使用树脂(聚合物)作为基体的染料敏化太阳能电池，已尝试在树脂(聚合物)不会熔化的低温下通过锻烧形成多孔二氧化钛层。然而，换能效率很低，通过低温锻烧形成的多孔二氧化钛层很容易破裂，且使用多孔二氧化钛层的电池的耐久性很差。由于对于低温锻烧来说锻烧时间相对较长，所以还存在其它问题，因此其不利于大规模生产。此外，根据非专利文件2和专利文件2中所描述的通过按压金属氧化物颗粒层来制造多孔金属氧化物半导体层的方法，加压处理需要使用高压，如几百kgf/cm2。因此，需要具有高压的液压装置。另外，连续生产设备中用于传送压力的卷，如卷对卷的方式很容易坏掉且处理速度很慢，就此而言，该方法不适合用于连续生产。为了形成多孔金属氧化物半导体层以构成染料敏化太阳能电池，需要在高温下进行锻烧处理。用于电池的由基体和透明电极组成的透明导体层也需要具有耐热性。就此而言，由于普通透明电极，如ITO不具有耐热性，因此有必要使用氟掺杂氧化锡，其是一种具有出色耐热性的透明电极。然而，氟掺杂氧化锡的导电性很差，因此不合适用于需要大面积的太阳能电池等。另外，为了提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率，提高多孔金属氧化物半导体层的特性是很重要的。因此，需要进行一些改进，如增加多孔金属氧化物半导体层上的染料吸附量，禁止来自多孔金属氧化物半导体层的反向电子过程，并增加多孔金属氧化物半导体层的氧化物微粒之间或其内的电子扩散性能。另外，尽管专利文件I公开了通过对二氧化钛层进行等离子体处理增大表面上羟基的浓度可增加染料吸附量，专利文件3公开了通过对二氧化钛层进行等离子体处理可提高换能效率，但是并没有关于表面上的羟基浓度和二氧化钛层上的吸附水的浓度的描述。问题的解决方案 设计本专利技术是为了解决上述问题，本专利技术的目的是提供具有较高转换效率的光电转换器件和用于制造该设备的方法。具体地，本专利技术指向具有工作电极的光电转换器件，工作电极上形成有多孔金属氧化物半本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：室山雅和，福岛和明，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：
国别省市：