具有高耐久性、高转换效率的色素敏化型太阳能电池的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及色素敏化型太阳能电池。
【背景技术】
[0002]作为太阳能电池，有单晶、多晶或非晶的硅型太阳能电池、CIGS、CdTe、GaAs等化合物半导体太阳能电池、有机薄膜太阳能电池、色素敏化型太阳能电池等多种。
[0003]当前，硅型太阳能电池成为主流。但是，硅型太阳能电池需要高纯度的硅材料。另夕卜，娃型太阳能电池需要在高温及高真空下制造，在制造成本高这一点上有改善的余地。
[0004]其中，近年来，色素敏化型太阳能电池备受关注。色素敏化型太阳能电池由于其构造简单，所以可容易地制作，且构成材料丰富。另外，色素敏化型太阳能电池可以廉价地制作，具有高的光电转换效率。因此，色素敏化型太阳能电池作为下一代太阳能电池备受关注。
[0005]色素敏化型太阳能电池可以通过在光电极和对电极之间注入具有可逆的电化学氧化还原特性的电解液后，将光电极和对电极密封及接线的简便方法而构筑。
[0006]光电极目前通过以下的方法来制作。首先，在形成有IT0(Indium Tin Oxide)、FTO(Fluorine Tin Oxide)等透明导电膜的玻璃基板的表面上涂覆含有氧化钛微粒子的糊剂。其次，通过将得到的涂覆物在400?500°C的温度下进行热处理，制作具有多孔状的氧化钛层的电极。接着，通过在含有钌系色素、吲哚啉系色素等色素敏化剂的有机溶液中浸渍得到的电极，而制作色素敏化剂吸附于多孔状的氧化钛的表面上的光电极。
[0007]其次，对电极通过溅射等方法，在形成有透明导电膜的玻璃基板上形成发挥电化学还原作用的催化剂层(例如铂层)而制作。
[0008]但是，在以往的色素敏化型太阳能电池中，构成光电极及对电极的透明导电膜的电阻较大。因此，若增大氧化钛的涂覆面积(透明导电膜的面积)，则所得的色素敏化型太阳能电池的光电转换效率显著降低，在这一点上有改善的余地。另外，由于在制作多孔状的氧化钛层(氧化钛烧结体)时的加热处理，透明导电膜的电阻变大。因此，导致色素敏化型太阳能电池的光电转换效率的降低，在这一点上也有改善的余地。
[0009]其中，检讨了使用金属钛作为光电极的基板的技术。该技术与以往的形成有透明导电膜的玻璃基板比较，电阻值低，对于用于色素敏化型太阳能电池的电解液中所含有的碘等具有耐腐蚀性。
[0010]例如，专利文献1中公开有一种色素敏化型太阳能电池，其具备:吸附有色素敏化剂的多孔二氧化钛膜的半导体膜、担载半导体膜的电极、与电极对置设置的对置电极、在电极及对置电极之间担当电荷输送的电解质层。在该色素敏化型太阳能电池中，使用金属基板作为担载吸附色素敏化剂的多孔二氧化钛膜的电极，且使用具有开口部的导电性膜作为对置电极，而且，对置电极侧为受光面。另外，金属基板由钛等构成，导电性膜为铂等。另外，开口部为网眼形状或条带形状。然而，在该色素敏化型太阳能电池中，需要从对置电极侧进行光照射，光通过着色的电解液到达电极的多孔二氧化钛膜所吸附的色素。因此，光衰减，得到的色素敏化型太阳能电池的光电转换效率降低，在这一点上有改善的余地。
[0011]因此，本发明者开发出新的色素敏化型太阳能电池(专利文献2)。本发明者所开发的色素敏化型太阳能电池的结构为，光电极和对电极经由电解质层对置配置，(1)光电极在具有开口部的钛材料上形成有含有色素敏化剂的半导体层，(2)在光电极的钛材料上配置聚光装置，(3)在具有开口部的钛材料中埋入纤维部件或玻璃棒材料。该色素敏化型太阳能电池中，光可不通过着色的电解液而到达光电极上的二氧化钛层所吸附的色素。其结果，得到的色素敏化型太阳能电池的光电转换效率高。而且，色素敏化型太阳能电池中，即使在电极(光电极及对电极)的面积大的情况下，也可以适宜地维持高的光电转换效率。但是，为了由纤维部件或玻璃棒材料完全地密封具有开口部的钛材料，必须要改善。因此，为了以低成本制作能够防止挥发性高的电解液的漏出的高耐久性的色素敏化型太阳能电池，有改善的余地。
现有技术文献专利文献
[0012]专利文献1:日本特开2010-55935号公报专利文献2:日本专利第5161967号
【发明内容】
发明所要解决的课题
[0013]本发明的目的在于，提供一种光电转换效率高、耐久性良好的色素敏化型太阳能电池。
用于解决课题的技术方案
[0014]本发明者为了解决现有技术的问题点不断进行研究，发现具备特定构造的色素敏化型太阳能电池可达成上述目的。
[0015]即，本发明为下述的色素敏化型太阳能电池。
[0001]项1、一种色素敏化型太阳能电池，其为经由电解质层对置配置有光电极和对电极的色素敏化型太阳能电池，其特征在于，
(1)光电极在金属钛材料或钛合金材料上形成有含有色素敏化剂的半导体层，
(2)对电极在金属钛材料或钛合金材料上涂覆有电化学还原催化剂层，
(3)在该光电极和对电极之间配置有光照射装置。
项2、根据项1所述的色素敏化型太阳能电池，其中，所述半导体层由氧化钛构成。
项3、根据项1或2所述的色素敏化型太阳能电池，其中，所述电化学还原催化剂层为铂催化剂层。
项4、根据项1?3中任一项所述的色素敏化型太阳能电池，其中，所述光照射装置通过聚光装置将太阳光或室内光聚光，通过光纤将该聚光的光传送至色素敏化型太阳能电池。
项5、根据项1?4中任一项所述的色素敏化型太阳能电池，其中，所述光照射装置通过聚光装置将太阳光或室内光聚光，通过光纤将该聚光的光传送至色素敏化型太阳能电池，在所述色素敏化型太阳能电池内配置有使该传送的光发光的部件。
项6、根据项1?3中任一项所述的色素敏化型太阳能电池，其中，所述光照射装置使用LED或有机EL。 项7、根据项1?6中任一项所述的色素敏化型太阳能电池，其中，所述光电极包含通过以下的方法制造的、且具有表面上具有锐钛矿型氧化钛的半导体层的光电极基板:
(1)在金属钛材料或钛合金材料的表面形成钛氮化物的工序；及
(2)将工序(1)中得到的表面形成有钛氮化物的金属钛材料或钛合金材料，使用相对于钛具有蚀刻作用的电解液，在火花放电发生电压以上进行阳极氧化，形成锐钛矿型氧化钛的皮膜的工序。
项8、根据项1?6中任一项所述的色素敏化型太阳能电池，其中，所述光电极包含通过以下的方法制造的、且具有表面上具有锐钛矿型氧化钛的半导体层的光电极基板:
(1)在金属钛材料或钛合金材料的表面上形成钛氮化物的工序；
(2)将工序(1)中得到的表面上形成有钛氮化物的金属钛材料或钛合金材料，在相对于钛不具有蚀刻作用的电解液中，进行阳极氧化的工序；及
(3)将工序(2)中得到的实施了阳极氧化处理的金属钛材料或钛合金材料在氧化性气氛中进行加热处理，形成锐钛矿型氧化钛的皮膜的工序。
项9、根据项7或8所述的色素敏化型太阳能电池，其中，形成所述钛氮化物的工序通过选自以下的1种处理方法进行:PVD处理、CVD处理、熔射处理、氨气气氛下的加热处理、以及氮气气氛下的加热处理。
项10、根据项9所述的制造方法，其中，所述氮气气氛下的加热处理在氧捕集剂的存在下实施。
发明效果
[0026]本发明的色素敏化型太阳能电池光电转换效率高、耐久性良好。
【附图说明】
[0027]图1是表示本发明的色素敏化型太阳能电池的一实施方式的示意图(剖面图)。 图2是表示本发明的色素敏化型太阳能电池的一实施方式的示意图(剖面图)。
图3是表示本发明的色素敏化型太阳能电池的一实施方式的示意图(正面图)。
图4是表示实施例的色素敏化型太阳能电池的电流-电压特性的图。
图5是表示使用本发明的色素敏化型太阳能电池的一实施方式的示意图。
【具体实施方式】
[0028]以下，详细说明本发明。此外，本说明书中，也往往将金属钛材料及钛合金材料仅记载为钛材料。
[0029]本发明的色素敏化型太阳能电池的特征在于:
光电极和对电极经由电解质层对置配置，
(1)光电极在金属钛材料或钛合金材料上形成有含有色素敏化剂的半导体层，
(2)对电极在金属钛材料或钛合金材料上涂覆有电化学还原催化剂层，
(3)在该光电极和对电极之间配置有光照射装置。
[0030]本发明的色素敏化型太阳能电池利用由无光透射性的钛材料构成的光电极及对电极构成。光照射装置的光照射从这些光电极和对电极之间来实施。其结果，本发明的色素敏化型太阳能电池可以表现出基于陷光效应的高的光电转换效率。
[0031]另外，本发明的色素敏化型太阳能电池可以采用通过光照射装置将导致色素敏化剂的劣化的紫外线等的光除去的光照射方法。而且，可以廉价地实现色素敏化型太阳能电池的密封。其结果，本发明的色素敏化型太阳能电池的耐久性良好。
[0032]另外，本发明的色素敏化型太阳能电池不需要用纤维部件或玻璃棒材料密封以往的具有开口部的钛材料的开口部。其结果，本发明的色素敏化型太阳能电池可以防止挥发性高的电解液的漏出，耐久性良好。
[0033](1)光电极
色素敏化型太阳能电池将光电极和对电极经由电解质层对置配置。光电极在金属钛材料或钛合金材料(以下也记载为“钛材料”，光电极基板)上形成有含有色素敏化剂的半导体层。
[0034]光电极基板
光电极基板也可以使用钛材料本身。钛材料成为基材。
[0035]金属钛材料是指钛本身。在使用钛合金材料的情况下，其种类没有特别限定。作为该钛合金，可举出 T1-6A1-4V、T1-4.5Al-3V-2Fe_2Mo、T1-0.5Pd 等。
[0036]另外，从在随着色素敏化剂的光激发而电子自半导体层移向光电极基板时，防止电子向电解液层的漏出等的理由来看，光电极基板优选为使用对于钛材料实施下述表面处理方法A或B，在钛材料的表面上形成有锐钛矿型氧化钛的皮膜的基板。锐钛矿型氧化钛的