色素敏化太阳能电池的制作方法
【专利摘要】本发明的色素敏化太阳能电池具备具有光催化剂膜的工作电极、对电极、以及含有碱性化合物的含电解质层或固体电荷移动层，该光催化剂膜由含有下述通式(1)所示的色素化合物的氧化物半导体层形成。式中，Y为基团中具有-CO-NR4-或-SO2-NR4-的可被取代的碳原子数为1～20的烃基或直接键合，Z为共轭系基团，R1、R2以及R3表示可被取代的烃基或可被取代的烃氧基，R1、R2以及R3中的至少一个基团为可被取代的烃氧基，R4表示氢原子或可具有取代基的碳原子数为1～20的烃基。
【专利说明】色素敏化太阳能电池
【技术领域】
[0001]本发明涉及在含电解质层或固体电荷移动层中具有碱性化合物的色素敏化太阳能电池中，使用了含有具有特定结构的敏化色素的氧化物半导体层的色素敏化太阳能电池。
【背景技术】
[0002]色素敏化太阳能电池(Dye-sensitized Solar Cell)由于具有以下优点:(I)估计制造成本是硅系太阳能电池的1/5?1/10，廉价；(2)制造时的CO2排出量是单晶硅太阳能电池的1/10以下，较少；(3)能量回收期或CO2回收期为多晶硅太阳能电池的一半以下，较短；(4)原材料的资源制约少；(5)设计性、加工性优异，大面积化容易；(6)具有与无定形硅太阳能电池匹敌的10%以上的较高的光电转换效率等，因此作为代替硅系太阳能电池的下一代太阳能电池正在被活跃地开发研究。
[0003]图1、图3以及图4为示意地表示现有的色素敏化太阳能电池的一个例子的截面结构的图，图2是将图1所示的色素敏化太阳能电池的主要部位摘录并放大而示出的图。图1所示的色素敏化太阳能电池通过由层叠有导电层IlB以及金属氧化物半导体层12的基板IlA构成的工作电极10和对电极20隔着含电解质层30对向配置而成，工作电极10以及对电极20中的至少一个为具有透光性的电极。图3以及图4所示的色素敏化太阳能电池中，基板IlA透明时，导电层IlB没必要透明，因此可以以低成本制备，因而受到关注。此夕卜，形成图3或图4的结构时，导电层IlB需要使用多孔质状或格子状的能够通过电解质成分的导电层(非专利文献I以及2)。
[0004]如图1和图2所示，色素敏化太阳能电池由工作电极(光电转换元件)10和对电极20、夹在这两个电极中的含电解质层(电解液)30部分构成。工作电极10如下制作:在玻璃等基板IlA表面形成有导电层IlB的导电层侧涂布烧结纳米尺寸的金属氧化物半导体粒子12B，形成金属氧化物半导体层12，利用化学、物理吸附将色素13固定化在该金属氧化物半导体粒子上。对电极20为在玻璃等基材21表面上形成有导电层22的对电极，通过在导电层侧实施催化量的钼处理、或者导电性碳处理而制作。将工作电极10与对电极20重叠，在该电极10、20之间注入含有碘化合物的电解质组合物(含电解质层30)，从而制作太阳能电池。
[0005]另外，色素敏化太阳能电池的发电机理是:由通过太阳光(可见光)照射而激发的敏化色素向金属氧化物半导体的传导带中注入电子，所注入的电子通过光电极被导至外部电路，向对电极移动，介由电解质组合物的氧化还原反应，成为氧化状态的敏化色素(色素阳离子)接收电子、进行再生。通过该循环，达成光电转换。
[0006]但是，由于与目前市售的硅系太阳能电池相比光电转换效率低，因而色素敏化太阳能电池仍未达到实用化。色素敏化太阳能电池的光电转换效率低的主要原因在于由氧化物半导体层向电解质组合物及色素阳离子的反向电子移动所导致的电压降低，为了抑制反向电子移动、防止电压下降，研究了在电解质组合物中添加碱性化合物。[0007]通过添加碱性化合物，反向电子移动被抑制，但是，存在容易引起吸附于金属氧化物半导体上的敏化色素脱离的问题，尝试了通过使在敏化色素中具有羧基、硅醇基等固定基，抑制从金属氧化物上的脱离(专利文献I~3)。
[0008]现有技术文献
[0009]专利文献1:日本特开2008-063390号公报
[0010]专利文献2:日本特开2010-027749号公报
[0011]专利文献3:日本特开2011-026412号公报
[0012]非专利文献
[0013]非专利文献1:X.Fan,等.，Appl.Phys.Lett.，90，073501 (2007)
[0014]非专利文献2:Y.Yoshida,等.，Appl.Phys.Lett.，94，093301-093302(2009)
【发明内容】
[0015]发明要解决的课题
[0016]因此，本发明的目的在于提供一种即使使用含有碱性化合物的含电解质层或固体电荷移动层时，也能够抑制敏化色素脱离的色素敏化太阳能电池。
[0017]用于解决课题的手段
[0018]本发明人进行深入的研究，结果发现具有特定的结构的色素化合物与碱性化合物的组合，发现该组合能够达到上述目的，从而完成本发明。
[0019]即，本发明提供一种色素敏化太阳能电池，其是具备具有光催化剂膜的工作电极、对电极、以及含电解质层或固体电荷移动层的色素敏化太阳能电池，其特征在于，上述含电解质层或固体电荷移动层含有碱性化合物，光催化剂膜由含有用下述通式(I)所示的色素化合物的氧化物半导体层形成。
[0020][化1]
[0021]
【权利要求】
1.一种色素敏化太阳能电池，其特征在于，其具备具有光催化剂膜的工作电极、对电极、以及含电解质层或固体电荷移动层， 所述含电解质层或固体电荷移动层中含有碱性化合物，光催化剂膜由含有用下述通式(I)所示的色素化合物的氧化物半导体层形成，
2.根据权利要求1所述的色素敏化太阳能电池，其中，所述通式(I)中的Z用下述部分结构式(2-1)~(2-5)中的任意一种表示，
3.根据权利要求2所述的色素敏化太阳能电池，其中，所述部分结构式(2-1)中的下述部分结构式(3)为下述部分结构(3-1)~(3-8)中的任意一种，
4.根据权利要求1~3中任意一项所述的色素敏化太阳能电池，其中，碱性化合物为吡啶衍生物、咪唑衍生物或胍盐。
5.根据权利要求1~4中任意一项所述的色素敏化太阳能电池，其特征在于，含电解质层为含溶剂的层，该溶剂中至少含有3-甲氧基丙腈、碳酸亚丙酯或3-甲基-1-丙基碘化咪唑鎗。
6.根据权利要求1~5中任意一项所述的色素敏化太阳能电池，其中，构成氧化物半导体层的氧化物半导体为氧化钛或氧化锌。
【文档编号】H01G9/20GK103918050SQ201280053554
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2012年11月27日 优先权日:2011年12月28日
【发明者】秋本贤作, 矢野亨, 坂卷功一 申请人:株式会社艾迪科