光发电器件及其制造方法_2

文档序号:9713688阅读:来源:国知局
后述的透明树脂形成 的透明树脂基材、或玻璃基材等。在此,本发明中的所述"透明"是指,透光率为70% W上(优 选为80% W上)。透光率指的是按照JIS K7361-1测定的全光线透过率。
[0068] 需要说明的是,从透光性与强度的平衡的观点出发,透明基材的厚度优选为0.01 ~IOmm的范围。
[0069] 进一步,本发明中的重要的特征之一在于,该有机光电转换模炔基板具有如下所 述的特性:
[0070] 有机光电转换模炔基板的面积的20~80%为光电转换元件部。
[0071] 就本发明中使用的有机光电转换模炔基板而言,从确保每1层模炔基板的发电量, 同时提高上部模炔基板的透光性、充分确保入射到下侧的模炔基板的光量从而增大有助于 光电转换的光电转换元件的有效面积,并使器件的发电量提高的观点出发,需要使有机光 电转换模炔基板的面积的20~80%为光电转换元件部。从确保器件性能、并使光电转换元 件、集电布线的形成变得容易、从而谋求制造成本的削减的观点出发,优选为35~65%、更 优选为40~60 %。
[0072] 在此,对于光电转换元件部在有机光电转换模炔基板的面积中所占的比例,不必 使上部模炔基板与下侧的模炔基板相同。
[0073] W下,针对配置于上述的有机光电转换模炔基板的光电转换元件进行说明。
[0074] <光电转换元件〉
[0075] 配置于有机光电转换模炔基板的光电转换元件可使用公知的染料敏化太阳能电 池、有机薄膜太阳能电池中的任意元件。但若考虑到制造容易性、成本等,使用染料敏化太 阳能电池更为有利。
[0076] W下,针对能够在本发明中使用的染料敏化太阳能电池的一例进行说明。
[0077] <染料敏化太阳能电池〉
[0078] 如上述图1所示那样,染料敏化太阳能电池通常具有由光电极(透明电极)10、电解 质层20、对电极30依次排列而成的结构。
[0079] ?光电极
[0080] 其中,光电极10包含:光电极基板IOa、在其上形成的多孔性半导体微粒层1 Ob、W 及在该多孔性半导体微粒层的表面吸附敏化染料而形成的敏化染料层10c。
[0081] 光电极基板IOa担负着负载多孔性半导体微粒层IOb等的作用、和作为集电体的作 用。
[0082] 作为光电极基板10a,可列举例如:在成为支承体IOd的透明树脂基材、玻璃基材上 叠层有由铜-锡氧化物(IT0)、铜-锋氧化物(IZO)等复合金属氧化物形成的导电膜IOe的光 电极基板。需要说明的是,虽没有特殊限定,但构成本发明的光发电器件的有机光电转换模 炔基板的基材通常作为支承体IOd而发挥功能。
[0083] 运里,作为运样的透明树脂,可列举:环締控聚合物(COP)、聚对苯二甲酸乙二醇醋 (PET)、聚糞二甲酸乙二醇醋(PEN)、间规聚苯乙締(SPS)、聚苯硫酸(PPS)、聚碳酸醋(PC)、聚 芳醋(PAr)、聚讽(PSF)、聚醋讽(PES)、聚酸酷亚胺(PEI)、透明聚酷亚胺(PI)等合成树脂。
[0084] 另外,多孔性半导体微粒层IOb是含有半导体微粒的多孔状的层。通过为多孔状的 层,容易增加敏化染料的吸附量、从而获得转换效率高的染料敏化太阳能电池。
[0085] 作为半导体微粒,可列举氧化铁、氧化锋、氧化锡等金属氧化物的粒子。
[0086] 多孔性半导体微粒层可利用压制法、水热分解法、电泳沉积法、无粘合剂涂敷法等 公知的方法形成。
[0087] 敏化染料层IOc是在多孔性半导体微粒层IOb的表面吸附有能够被光激发而向多 孔性半导体微粒层IOb供给电子的化合物(敏化染料)的层。需要说明的是,所使用的敏化染 料在形成本发明的光电转换元件的染料敏化太阳能电池间可W相同,或者,也可W不同。
[0088] 作为敏化染料,可列举:花青染料、部花青染料、氧杂菁染料、咕吨染料、方酸染料、 聚甲烘染料、香豆素染料、核黄素染料、巧染料等有机染料;铁、铜、钉等金属的献菁络合物、 化嘟络合物等金属络合物染料;等等。
[0089] 敏化染料层IOc可利用例如在敏化染料的溶液中浸溃多孔性半导体微粒层IOb的 方法、或将敏化染料的溶液涂布于多孔性半导体微粒层IOb上的方法等公知的方法来形成。
[0090] 需要说明的是,光电极并不限定于图1所示的样式,只要是能够通过接受光而向外 部的电路40放出电子的电极即可。
[0091] ?电解质层
[0092] 电解质层20是用于将光电极10与对电极30分离、同时使电荷迁移有效地进行的 层。
[0093] 电解质层20通常含有支持电解质、氧化还原对(在氧化还原反应中能够可逆地W 氧化体及还原体的形式相互转换的一对化学物种)、溶剂等。
[0094] 作为支持电解质,可列举包含裡离子、咪挫鐵离子、季锭离子等阳离子的盐。
[00%]另外,作为氧化还原对,只要是能够还原经过氧化了的敏化染料的物质即可,可列 举:氯化合物-氯、舰化合物-舰、漠化合物-漠、巧离子(III)-巧离子(I)、钉离子(III)-钉离 子(II)、铜离子(II)-铜离子(I)、铁离子(III)-铁离子(II)、钻离子(III)-钻离子(II)、饥 离子(III)-饥离子(II )、儘酸根离子-高儘酸根离子、铁氯化物-亚铁氯化物、酿-氨酿、富马 酸-班巧酸等。
[0096] 作为溶剂,可列举作为太阳能电池的电解质层的形成用溶剂的乙腊、甲氧基乙腊、 甲氧基丙腊、N,N-二甲基甲酯胺、乙基甲基咪挫鐵双氣甲基横酷基)亚胺、碳酸亚丙醋 等。
[0097] 电解质层20可通过将含有其构成成分的溶液(电解液)涂布于光电极10上、或制作 具有光电极10和对电极30的电池单元并向其间隙中注入电解液而形成。
[009引 ?对电极
[0099] 对电极30是例如在支承体30a上形成导电膜30c并在该导电膜30c上形成催化剂层 3化而成的电极。
[0100] 作为该支承体30a及导电膜30c,可列举例如与前述的光电极基板IOa相同的那些。 另外,催化剂层30b可任意地设置,是从对电极向电解质层供给电子时作为催化剂发挥功能 的层,通常由销薄膜形成。另外,有些情况下构成本发明的光发电器件的有机光电转换模块 基板的基材也作为该支承体30a而发挥功能。
[0101] 需要说明的是,催化剂层30b具有导电性的情况下,导电膜30c并不是必要的,但从 确保更良好的通电的观点出发,优选设置导电膜30c。
[0102] W上,针对能够在本发明中使用的染料敏化太阳能电池的一例进行了说明,但在 本发明中,在上述的对电极的催化剂层中采用碳纳米管或金属纳米粒子负载型碳纳米管、 并且在光电极及对电极的导电膜中采用含有碳纳米管或碳纳米管和金属纳米结构体的导 电体是极为有利的。
[0103] 其理由在于:与传统的采用销薄膜、铜-锡氧化物(ITO)等复合金属氧化物的情况 相比,可W提高催化活性、导电性,进而还可W提高作为电池的发电效率,在有机光电转换 模炔基板中可W将开口部设置得较大等,而且,能够利用卷对卷方式进行电池的制造等实 现生产性的大幅改善,能够在使器件的发电量提高的同时提高制造容易性、谋求制造成本 的削减。
[0104] W下,针对上述的碳纳米管及金属纳米粒子负载型碳纳米管、W及含有碳纳米管 或碳纳米管及金属纳米结构体的导电体进行说明。
[0105] (1)碳纳米管及金属纳米粒子负载型碳纳米管
[0106] 在对电极的催化剂层中通常使用销薄膜,但作为替代其的材料,优选采用碳纳米 管、特别是平均直径(Av)和直径的标准偏差(O)满足0.60 > 3〇/Av > 0.20 (优选为0.60 > 3〇/ Av>0.50)的碳纳米管(W下也称为碳纳米管(A)),或进一步使金属纳米粒子负载于该碳纳 米管(A)而成的碳纳米管。
[0107] 其理由在于:与销薄膜相比,能够大幅削减制造成本,并且运样的催化剂层能够通 过涂布分散有碳纳米管的分散液并进行干燥而形成,并且,其涂布性良好、且加工性的精度 也大幅改善,还容易实现利用卷对卷的高速涂布/加工膜的制造,因此在批量化生产方面也 变得极为有利。
[0108] 另外,还由于:与传统的使用销薄膜的情况相比,能够提高催化活性,进而还可W 提高作为电池的发电效率,因此可W将开口部设置得较大等,取得与制造性的平衡,同时可 提高模炔基板的透光性。
[0109] 需要说明的是,运里的所述"碳纳米管(A)"是构成其的给定的碳纳米管的集合的 总称,所述"直径"表示该给定的碳纳米管的外径。另外,平均直径(Av)及直径的标准偏差 (O)可通过在利用透射电子显微镜进行观察时测定随机选择的100根碳纳米管的直径并作 为它们的平均值及标准偏差而求出(后述的平均长度也可W利用同样的方法进行长度的测 定并作为其平均值而求出)。在本发明中,作为碳纳米管(A),通常使用在取如上所述测定的 直径为横轴、取其频度为纵轴进行作图并W高斯近似时取得正态分布的碳纳米管。
[0110] 在此,从获得优异的催化活性的观点出发,上述的碳纳米管(A)的平均直径(Av)优 选为0.5nmW上且15nmW下、更优选为InmW上且IOnmW下。
[0111] 另外,碳纳米管(A)的平均长度优选为0.1皿~1cm、更优选为0.1皿~1mm。通过使 碳纳米管(A)的平均长度在上述范围内,碳纳米管的取向性提高,能够容易地进行薄膜形 成,易形成高活性的催化剂层。
[0112] 进而,碳纳米管(A)的比表面积优选为100~2500mVg、更优选为400~leOOmVg。通 过使碳纳米管(A)的比表面积在上述范围内,易形成高活性的催化剂层。
[0113] 需要说明的是,碳纳米管(A)的比表面积可利用氮气吸附法而求出。
[0114] 构成碳纳米管(A)的碳纳米管可W是单壁碳纳米管,也可W是多壁碳纳米管,但从 使催化剂层的活性提高的观点出发,优选单壁~5壁的碳纳米管,更优选单壁碳纳米管。
[0115] 构成碳纳米管(A)的碳纳米管可W是表面导入了簇基等官能团的碳纳米管。官能 团的导入
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