色素增感太阳能电池的制作方法

专利名称：色素增感太阳能电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及与多孔氧化物半导体层邻接而具有配线部的色素增感太阳能电池。
背景技术：
色素增感太阳能电池使用腐蚀金属的电解液。因此，设置用于降低电池单元的集 电阻抗的集电配线时，保护集电配线免受电解液腐蚀的配线保护层变得必要。但是，如果将 配线保护层施于集电配线的两侧部，对配线宽度增加配线保护层的厚度，配线整体的宽度 倾向于增大。如果是以往的硅系太阳能电池，由于不使用电解液，因此不需要配线保护层。因 此，集电配线的表面有露出的金属面产生的金属光泽。因此，即使入射光入射配线部分也会 在配线表面反射，在面板内光散射，因此能够有效地利用入射光的能量。但是，在色素增感 太阳能电池中，由于下述的⑴和⑵中列举的理由，入射到配线部分的光在电池单元内被 吸收，变为热，因此存在能量的损失产生的光利用效率的降低大的缺点。(1)色素增感太阳能电池的配线多由将低熔点玻璃用于粘结剂的银糊形成，低熔 点玻璃多为深色。因此，配线形成后的表面的色调变暗，将入射到配线部分的光吸收。(2)用于配线保护层的材料也多为透明或暗色，光被暗色的配线保护层或位于透 明的配线保护层的背面的深色的电解液吸收。为了使这样的配线产生的不发电部分的损失消失，考虑使用透镜等将入射光导入 发电部分的方法。例如，非专利文献1中，作为棱镜罩进行了介绍。此外，专利文献1、2中 记载了使用集光透镜阵列的方法。专利文献3中记载在太阳能电池组件中使入射到太阳能电池元件间的光通过到 太阳能电池组件的背面而用于采光时，为了使透过光的照度一样，在太阳能电池元件间的 透明部分形成透镜。专利文献4中记载了将荧光体配置于色素增感太阳能电池的透明基板，将入射光 的一部分转换为光电转换量子效率高的波长的光，使发电效率提高的色素增感太阳能电 池。非专利文献1 浜川圭弘、桑野幸德合编，7 K K > 7卜工l·々卜口二々7 * U — ^ 1-3，《太阳能工学-太阳能电池》，培风馆，平成6年，4-1-5高效率单晶硅太阳能电池，第 93-94 页专利文献1 国际公开第98/31054号专利文献2 特开平10-51020号公报专利文献3 特开平11-135813号公报专利文献4 特开2004-171815号公报

发明内容
但是，非专利文献1和专利文献1、2的方法，透镜阵列、罩的成本大，而且必须进行专用的设计。因此，不能符合各种的电池单元形状而简单地应用。这种设计自由度的降低 将颜色、形状等变为各种设计，有损可少量多种制造的色素增感太阳能电池的优点。专利文献3的太阳能电池组件将透过透镜的光用于组件的背侧的采光，在太阳能 电池元件中用于发电。专利文献4的色素增感太阳能电池对于高浓度碘电解液产生的光的吸收改善发 电效率，但对于金属配线层没有公开特别的措施。因此，本发明的课题在于提供抑制配线部产生的光吸收从而谋求发电效率的改善 的色素增感太阳能电池。为了解决上述课题，本发明提供一种色素增感太阳能电池，其特征在于，至少具 有一面侧具有担载色素的多孔氧化物半导体层和在与该多孔氧化物半导体层邻接的部分 设置的配线部的第1电极基板，与上述第1电极基板的上述多孔氧化物半导体层相对配置 的第2电极基板，在上述第1电极基板和第2电极基板之间的至少一部分配置的电解质层； 对上述第1电极基板、上述配线部和上述第2电极基板中的至少一个，在与上述集电配线对 应的位置设置有改变入射光方向的入射光方向改变部。根据该色素增感太阳能电池，向作为非发电部分的配线部入射的光的方向可被入 射光方向改变部改变以朝向作为发电部分的担载色素的多孔氧化物半导体层。上述入射光方向改变部可以是例如膜体。上述膜体可以是例如扩散膜、衍射光栅膜、荧光涂料膜或反射膜的任一种。上述入射光方向改变部优选设置在连接上述第1电极基板、上述配线部和上述第 2电极基板的线上，即沿上述第1电极基板或上述第2电极基板的厚度方向的线上。上述色素增感太阳能电池具有如下构成例如上述第1电极基板是透明电极基 板，上述入射光方向改变部设置在相对于上述第1电极基板的与上述配线部相反侧。此外，上述色素增感太阳能电池可以具有如下构成上述第1电极基板为透明电 极基板，上述配线部具有集电配线和以覆盖上述集电配线的方式设置的配线保护层，上述 配线保护层具有上述入射光方向改变部。此外，上述色素增感太阳能电池可以具有如下构成上述第1电极基板为透明电 极基板，上述配线部具有集电配线和以覆盖上述集电配线的方式设置的配线保护层，上述 入射光方向改变部设置在上述集电配线和上述第1电极基板之间。此外，上述色素增感太阳能电池可以具有如下构成上述第2电极基板为透明电 极基板，上述入射光方向改变部设置在相对于上述第2电极基板的与上述第1电极基板相 反侧。此外，上述色素增感太阳能电池可以具有如下构成上述第2电极基板为透明电 极基板，上述配线部具有集电配线和以覆盖上述集电配线的方式设置的配线保护层，上述 配线保护层具有上述入射光方向改变部。上述膜体优选比配线部的宽度大，配置在不与邻接的多孔氧化物半导体层重合的 范围。根据本发明，向作为非发电部分的配线部入射的光的方向，通过入射光方向改变 部能够改变为朝向作为发电部分的担载了色素的多孔氧化物半导体层，因此能够实现发电 效率的改善。


图1为表示本发明的色素增感太阳能电池的第1例的截面图。图2为表示本发明的色素增感太阳能电池的第2例的截面图。图3为表示本发明的色素增感太阳能电池的第3例的截面图。图4为表示本发明的色素增感太阳能电池的第4例的截面图。图5为表示本发明的色素增感太阳能电池的第5例的截面图。图6为说明多个电池单元间的集电配线的配置的平面图。附图标记的说明L 入射光，S 因膜体改变了朝向的光，1 :在基板表面的再反射光，10、20、30、40 色素增感太阳能电池，11、21、31、41 透明电极基板，12、22、32、42 透明导电膜，13、23、33、 43 集电配线，14,34 配线保护层，15、25、35、45 担载了色素的多孔氧化物半导体层，16、 26、36、46 电极基板，17、27、37、47 电解质层，18、28、38 改变入射光方向的膜体(入射光 方向改变部)，24,44 兼作改变入射光的方向的膜体的配线保护层。
具体实施例方式以下基于最佳方式，参照

本发明。图1为表示本发明的色素增感太阳能电池的第1例的截面图。图2为表示本发明 的色素增感太阳能电池的第2例的截面图。图3为表示本发明的色素增感太阳能电池的第 3例的截面图。图4为表示本发明的色素增感太阳能电池的第4例的截面图。图5为表示 本发明的色素增感太阳能电池的第5例的截面图。图6为说明多个电池单元间的集电配线 的配置的平面图。图1所示的色素增感太阳能电池10至少具有第1电极基板11，在第1电极基板 11上形成的透明导电膜12，在透明导电膜12上形成的配线部19，在透明导电膜12上与配 线部19邻接设置的多孔氧化物半导体层15，与第1电极基板11的多孔氧化物半导体层15 相对配置的第2电极基板16，和在两电极基板11、16之间配置的电解质层17。配线部19 由透明导电膜12上形成的集电配线13和以覆盖集电配线13的方式形成的配线保护层14 构成。此外，作为透明电极基板的第1电极基板11在与配线部19对应的位置具有改变入 射光方向的膜体18。图2所示的色素增感太阳能电池20至少具有第1电极基板21，在第1电极基板 21上形成的透明导电膜22，在透明导电膜22上形成的配线部29，在透明导电膜22上与配 线部29邻接设置的多孔氧化物半导体层25，与第1电极基板21的多孔氧化物半导体层25 相对配置的第2电极基板26，和在两电极基板21、26间配置的电解质层27。配线部29由 透明导电膜22上形成的集电配线23、和以覆盖集电配线23的方式形成的配线保护层24构 成。此外，配线保护层24配置在与配线部29对应的位置，具有改变入射光方向的功能。艮口， 在色素增感太阳能电池20中，配线保护层24兼作在与配线部29对应的位置配置的改变入 射光的方向的膜体。换言之，膜体24设置于配线部29。图3所示的色素增感太阳能电池30至少具有第1电极基板36，在第1电极基板 36上形成的配线部39，在第1电极基板36上与配线部39邻接设置的多孔氧化物半导体层35，与第1电极基板36的多孔氧化物半导体层35相对配置的第2电极基板31，在第2电极 基板31上形成的透明导电膜32，和在两电极基板31、36间配置的电解质层37。配线部39 由在第1电极基板36上形成的集电配线33、以覆盖集电配线33的方式形成的配线保护层 34构成。此外，作为透明电极基板的第2电极基板31在与配线部33对应的位置，具有改变 入射光方向的膜体38。本发明中，改变入射光方向的膜体18、24、38、44设置在与配线部19、29、39、49对 应的位置。即，如果不存在膜体18、24、38、44，则向集电配线13、23、33、43或配线保护层14、 24、34、44入射而被吸收的入射光入射到膜体18、24、38、44。入射到膜体18、24、38、44的光 被膜体18、24、38、44改变入射光方向，至少一部分入射到作为发电部分的多孔氧化物半导 体层15、25、35、45。由此，能够抑制入射光的能量损失，实现发电效率的改善。在图1所示的第1方式例的色素增感太阳能电池10中，设置有多孔氧化物半导体 层15的第1电极基板11为透明电极基板，入射光L通过第1电极基板11入射。色素增感 太阳能电池10中，在与第1电极基板11的表面Ila上的集电配线13相对的位置，即相对 于第1电极基板11的与集电配线13相反侧的表面11a，设置改变入射光L的方向的膜体 18。作为该膜体18，可以使用扩散膜、衍射光栅膜或荧光涂料膜。在这种情况下，能够使被 膜体18改变了入射光L的方向的光S入射到多孔氧化物半导体层15。在图2所示的第2方式例的色素增感太阳能电池20中，设置有多孔氧化物半导体 层25的第1电极基板21为透明电极基板，入射光L通过第1电极基板21入射。在色素增 感太阳能电池20中，集电配线23的表面设置的配线保护层24兼作改变入射光L的方向的 膜体24。作为该膜体24，可以使用提高配线表面的反射率的反射膜。在这种情况下，由包 含反射膜的配线保护层24反射的光S在第1电极基板21的表面21a再次反射，可以使其 反射光R入射到多孔氧化物半导体层25。此外，入射到膜体24的光，经过电解质层27也能 入射到多孔氧化物半导体层25。再有，以往，导电糊形成的集电配线23的表面反射率低，因 此难以产生由集电配线23向第1电极基板21的入射光的反射。因此，集电配线23的表面 反射率低时，在色素增感太阳能电池20中，如图5所示，优选在第1电极基板21和透明导 电膜22之间的部分设置提高反射率的膜体28。在此，作为该膜体28，可以使用扩散膜、衍 射光栅膜或荧光涂料膜。在这种情况下，向集电配线23入射的光L被膜体28反射，其反射 的光S在第1电极基板21的表面21a再反射，能够使再反射的光R入射到多孔氧化物半导 体层25。因此，能够进一步提高向集电配线23入射的光的利用效率。在图3所示的第3方式例的色素增感太阳能电池30中，与第1电极基板36的多 孔氧化物半导体层35相对配置的第2电极基板31为透明电极基板，入射光L通过第2电 极基板31入射。在色素增感太阳能电池30中，在与第2电极基板31的表面31a上的集电 配线33重合的位置设置有改变入射光L的方向的膜体38。S卩，膜体38设置在相对于第2 电极基板31的与集电配线33相反侧的表面31a上，连接第1电极基板36、第2电极基板 31和配线部39的线上。作为该膜体38，能够使用扩散膜、衍射光栅膜或荧光涂料膜。在这 种情况下，能够使被膜体38改变了入射光L的方向的光S入射到多孔氧化物半导体层35。再有，作为第4方式例，与第1电极基板46的多孔氧化物半导体层45相对配置的 第2电极基板41为透明电极基板，如入射光L通过第2电极基板41入射的色素增感太阳 能电池40那样(参照图4)，在集电配线43的表面设置的配线保护层44也可兼作改变入射光L方向的膜体。作为该膜体，能够使用提高配线表面的反射率的反射膜。在这种情况下， 由包含反射膜的配线保护层44反射的光S能够在第2电极基板41的表面再次反射，使其 再反射光R入射到多孔氧化物半导体层45。此外，在第1和第2电极基板两者均由透明电极基板构成的情况下，能够应用上述 第1 第4方式例的任一个。此外，图1 图4所示的实例示出了与色素增感太阳能电池的电池单元1的部分 设置的包含集电配线2的配线部(参照图6)的位置对应配置了改变入射光方向的膜体的 情形，但本发明并不限于此。改变入射光方向的膜体也可以与担载了色素的多孔氧化物半 导体层邻接的部分设置的集电配线的位置对应地配置，还可以与在多个电池单元1、1之间 的部分配置的集电配线3的位置对应地配置，此外，还可以与在电池单元1的周围外侧的部 分配置的集电配线4的位置对应地配置。膜体的位置只要是与成为发电部分的担载了色素 的多孔氧化物半导体层以大约2mm左右或其以内的距离邻接的位置，就适于使由膜体改变 了方向的入射光入射到发电部分。作为扩散膜，并无特别限定，可以列举例如在透明树脂中添加与该透明树脂折射 率不同的透明珠、折射率比该透明树脂高的散射粒子等，使入射光散射的物质等。扩散膜可 以是各向同性的扩散膜，也可以是各向异性的扩射膜，优选使其与配线垂直地(即在图1和 图3的左右方向)散射的扩散膜。扩散膜通过例如将预先成型的膜粘贴到基板表面而形成。 或者，扩散膜也可以将油墨、糊状的物质涂布到基板表面，通过干燥或固化而形成。优选光 的透射率高并且散射角度大的扩散膜。作为衍射光栅膜，并无特别限定，为了使入射光中光电转换量子效率高的波长 500 600nm(例如波长550nm)的光的朝向改变而入射到多孔氧化物半导体层，优选设定 光栅条数和衍射方向。衍射光栅膜通过将预先设置了衍射光栅的膜体粘贴到基板表面而形 成。或者，衍射光栅膜也可以通过膜粘贴、涂膜形成等在基板表面设置膜体后，通过对该膜 体设置衍射光栅而形成。作为荧光涂料膜，并无特别限定，优选使用光电转换量子效率高的波长500 600nm(例如波长550nm)的光高效发光的物质作为荧光体的荧光涂料膜。作为荧光涂料 膜的构成例，第1可以列举将溶解有荧光体的溶液或分散有荧光体的分散液涂布在透明基 板，干燥而成的膜体。第2可以列举将荧光体添加到丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、纤维素系树 脂等透明树脂而成型为膜状的荧光体混入塑料膜粘贴到透明基板的表面而成的膜体。第3 可以列举将溶解了荧光体的荧光涂料等溶液涂布于聚对苯二甲酸乙二醇酯膜、纤维素系树 脂膜等透明塑料膜并且干燥，将得到的荧光体涂布塑料膜粘贴到透明基板的表面而成的膜 体。作为用于荧光涂料膜的荧光体，使用具有至少将波长500nm以下的光转换为波长 500 600nm的光的功能的荧光体，具体地可以列举荧光素(490nm — 520nm)、曙红、若丹明 B等有机荧光体、商代磷酸钙、碲化镉等无机荧光体等。此外，耐热性高的无机荧光体可在成 为透明基板的玻璃中熔融而含有，透明基板由塑料膜构成时，也可以预先将其混炼到透明 基板中。这样的荧光涂料膜中的荧光体的浓度为0.左右则足够，为了起因于荧光体 自身的光吸收不过大，优选调整其添加量。此外，荧光涂料膜的厚度并无特别限定，优选厚 度薄。
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作为反射膜，并无特别限定，可以列举预先将氧化钛等高折射率粒子混入形成配 线保护膜的油墨中而白色化的涂膜等。高折射率粒子优选平均粒径为200 600nm的粒子， 此外，作为涂膜，为了不形成粒径Iym以上的凝聚2次粒子，优选将油墨良好地分散。上述任何情形中均优选改变入射光的方向的膜体18、24、38、44的宽度比配线部 19、29、39、49的宽度大，并且配置在不与邻接的多孔氧化物半导体层15、25、35、45重合的 范围。由此，即使无膜体，也不会妨碍到达作为发电部分的多孔氧化物半导体层15、25、35 的入射光到达发电部分，如果无膜体，能够高效地使到达非发电部分的入射光到达发电部 分。此外，在基板表面设置膜体也可适用于电池单元间、连接部分等非发电部分。此外，如图1和图3所示，将膜体18、38设置在成为窗极(窓極)的透明电极基 板11、31的表面lla、31a时，优选对应光的入射方向设定膜体18、38和集电配线13、33的 位置关系。通常，假定相对于透明电极基板11、31，入射光L垂直入射的情况，膜体18、38和 集电配线13、33可配置在相对于基板面大致垂直的位置(图1和图3的上下方面)。换言 之，膜体18、38可以配置在连接透明电极基板11、31和配线部19、39的线上，即配置在沿透 明电极基板11、31的厚度方向的线上。将膜体18、38配置在这样的位置出于以下的理由。 即，透明电极基板11、31的表面lla、31a通常朝向太阳光变得最高的位置。在此，太阳光的 日射量在太阳光的高度变得最大时为最大。因此，没有设置膜体18、38时，入射到配线部 19,39的光的强度在太阳光的高度变得最大时为最大，发电损失也变得最大。因此，如果将 膜体18、38配置在上述位置，则将通过1天的发电损失控制为最低。这在天气晴朗时特别 显者ο再有，膜体18、38即使如上所述配置，也能够应对入射光L从特定的方向倾斜入射 的情况。作为透明电极基板11、21、31、41的基材材料，只要是玻璃、树脂、陶瓷等实质上透 明的基板，则可无限制地使用。进行多孔氧化物半导体层的煅烧时为了不引起基板的变形、 变质等，在耐热性优异方面，特别优选高变形温度玻璃，还可优选使用钠钙玻璃、白板玻璃、 硼硅酸玻璃等。作为透明导电膜12、22、32、42的材料，并无特别限定，可以列举例如添加锡的氧 化铟(ITO)、氧化锡(SnO2)、添加氟的氧化锡(FTO)等导电性金属氧化物。作为形成透明导 电膜的方法，可以使用适合其材料的公知的适当的方法，可以列举例如溅射法、蒸镀法、SPD 法、CVD法等。此外，考虑光透射性和导电性，透明导电膜通常形成为0. 001 μ m 10 μ m左
右的膜厚。集电配线13、23、33是将金、银、铜、钼、铝、镍、钛等金属采用例如格子状、条纹状、 梳形等图案形成为配线的。为了不显著损害电极基板的光透射性，优选使各配线的宽度细 到IOOOym以下。各配线的厚度(高度)并无特别限制，优选为0. 1 20μπι。作为形成集电配线的方法，可以列举例如将成为导电粒子的金属粉和玻璃微粒等 的结合剂配合而制成糊状，使用丝网印刷法、分配器、金属掩模法、喷墨法等印刷法将其形 成为规定的图案而进行涂膜，通过煅烧使导电粒子熔融粘着的方法。煅烧温度，例如，基板 为玻璃基板时优选为600°C以下，更优选为550°C以下。作为其他的形成集电配线的方法， 也可以使用溅射法、蒸镀法、镀敷法等形成方法。从导电性的观点出发，集电配线的体积电 阻率优选为10_5Ω · cm以下。
配线保护层14、34可以具有1层或2层以上由低熔点玻璃构成的玻璃层，也可以 具有1层或2层以上由耐热性树脂构成的绝缘树脂层。此外，也可以至少具有这些的玻璃 层和绝缘树脂层的2层。可用作配线保护层的玻璃层由低熔点玻璃构成。一般是硼酸铅系等含铅玻璃层， 考虑环境负荷时，更优选不含有铅的玻璃层。例如，可以使用硼硅酸铋盐系/硼酸铋锌盐 系、铝磷酸盐系/磷酸锌系、硼硅酸盐系等低熔点玻璃材料。上述玻璃层，通过将以单独或 多种含有这些低熔点玻璃材料的低熔点玻璃作为主成分，将通过热膨胀率、粘度的调整等， 根据需要加入增塑剂、其他添加剂而糊化的物质，采用丝网印刷、分配器等手法，进行涂布、 煅烧而形成。玻璃层可以使用相同的糊或不同的糊形成多层。可用作配线保护层的绝缘树脂层由耐热性树脂构成。耐热性树脂选择具有至少能 够耐受多孔氧化物半导体层的煅烧的耐热性的树脂。作为这样的耐热性树脂，可以将选自 聚酰亚胺衍生物、硅酮化合物、氟弹性体、氟树脂等中的1种单独使用，或者通过配合、层合 等将多种并用而使用。作为氟树脂，可以使用选自聚四氟乙烯、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基 醚共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物等TEFLON(注册商标)系化合物中的1种或多种。此 外，通过将富于柔软性的树脂材料应用于绝缘树脂层，配线保护层的冲击破坏、开裂等的担 心减少。作为形成上述绝缘树脂层的方法，可以列举将含有绝缘性树脂的清漆、糊进行涂膜 的方法。在提高绝缘树脂层的致密性的方面，优选反复多次涂膜而将配线保护层多层化。配线保护层，由于具有由玻璃成分构成的玻璃层，因此能够抑制电解液的泄漏 (减量)、劣化。此外，通过在玻璃层上设置由耐热性树脂构成的绝缘树脂层作为罩面涂层， 在玻璃层中的玻璃成分没有与电解液接触的情况下，能够防止玻璃中的成分和电解液中的 成分反应。此外，由于玻璃层阻隔气体透过，如果目的是只获得该效果，则不必使用可在高温 下煅烧的耐热树脂、耐热粘合剂作为绝缘树脂层。在这种情况下，可通过耐热性低的粘合剂 的涂布、热熔粘合剂的层合形成成为罩面涂层的绝缘树脂层。特别地，由热熔粘合剂的层合 形成绝缘树脂层时，由于作用极的中毒小，因此得到接近于耐热树脂、耐热粘合剂的良好的 特性。低熔点玻璃层和耐热树脂层，可以各自使用单一或多种的材料重复多次进行涂 布。在弥补印刷时产生的针眼等缺陷，提高保护层的致密性的方面，更优选多层化。作为玻璃层的罩面涂层的绝缘树脂层的厚度，优选为Iym以上。罩面涂层过薄 时，无法利用树脂的柔软性，有可能损伤相对的对电极表面，此外，由于异物等的混入、元件 制作时的操作，也有可能损伤树脂层自身。配线保护层也没有必要过厚，以总厚计，不应该超过100 μ m。配线保护层24、44如已述那样，包含反射膜。反射膜在上述的构成配线保护层14、 34的玻璃层或绝缘树脂层中还包含氧化钛等高折射粒子。多孔氧化物半导体层15、25、35、45，通过煅烧使氧化物半导体的纳米粒子(平均 粒径1 IOOOnm的微粒)形成多孔膜，将色素增感。作为氧化物半导体，可以列举氧化钛(TiO2)、氧化锡(SnO2)、氧化钨(WO3)、氧化锌 (ZnO)、氧化铌(Nb2O5)等1种或2种以上。多孔氧化物半导体层的厚度可以为例如0. 5 50 μ m左右。
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作为形成多孔氧化物半导体层的方法，可以使用例如将市售的氧化物半导体微粒 分散在所需的分散介质中的分散液或能够采用溶胶-凝胶法调整的胶体溶液，根据需要添 加所需的添加剂后，采用丝网印刷法、喷墨印刷法、辊涂法、刮刀法、旋涂法、喷涂法等公知 的涂布法进行涂布，此外可以适用浸渍于胶体溶液中采用电泳使氧化物半导体微粒附着于 基板上的电泳沉积法等。担载于多孔氧化物半导体层的增感色素，并无特别限制，例如，可从以具有包含联 吡啶结构、三联吡啶结构等的配体的钌配合物、铁配合物，吓啉系、酞菁系的金属配合物为 代表，作为曙红、若丹明、香豆素、部花青等的衍生物的有机色素等中，根据用途、氧化物半 导体多孔膜的材料适当选择使用。作为电极基板16、26、36、46，并无特别限定，具体地，可以列举在金属板、金属箔、 玻璃板等基材16a、26a、36a、46a的表面形成了钼、碳、导电性高分子等的催化剂层16b、 26b、36b、46b的电极基板。为了提高该电极基板的表面的导电性，可以在基材16a、26a、 36a、46a和催化剂层16b、26b、36b、46b之间另外设置导电层。作为构成电解质层17、27、37的电解质，可以使用包含氧化还原对的有机溶剂、室 温熔融盐(离子液体)等。此外，可以代替电解液而使用通过在电解液中导入适当的凝胶 化剂(例如高分子凝胶化剂、低分子凝胶化剂、各种纳米粒子、碳纳米管等)而疑似固体化 的所谓凝胶电解质。作为有机溶剂，并无特别限定，可以例示乙腈、甲氧基乙腈、丙腈、甲氧基丙腈、碳 酸亚丙酯、碳酸二乙酯_、Y-丁内酯等的1种或多种。此外，作为室温熔融盐，可以例示由 咪唑锡系阳离子、吡咯烧错系阳离子、吡啶镎系阳离子等阳离子和碘化物离子、双三氟甲 基磺酰亚胺基阴离子、双氰胺阴离子、硫氰酸阴离子等阴离子构成的室温熔融盐的1种或 多种。作为电解质中含有的氧化还原对，并无特别限制，但可添加碘/碘化物离子、溴/ 溴化物离子等对中的1种或多种而得到。作为碘化物离子或溴化物离子的供给源，可以将 含有这些阴离子的锂盐、季咪唑,错盐、四丁基铵盐等单独或复合使用。在电解液中，根据需 要可以添加4-叔丁基吡啶、N-甲基苯并咪唑、胍盐等添加物。本方式例的色素增感太阳能电池，可通过例如以下的顺序制造。如图1和图2所示，在透明电极基板11、21上设置集电配线13、23和多孔氧化物 半导体层15、25时，在电极基板11、12上形成透明导电膜12、22后，在透明导电膜12、22上 形成集电配线13、23和多孔氧化物半导体层15、25。此外，集电配线13、23的形成后形成配 线保护层14、24。再有，可以在集电配线上形成透明导电膜，作为配线保护层的一部分。此 外，为了将色素担载于多孔氧化物半导体层，可以使用使设置了多孔氧化物半导体层的基 板浸渍于色素溶液等的方法。接着，通过以集电配线13、23、担载了色素的多孔氧化物半导 体层15、25中具有的第1电极基板11、21作为作用极，在成为对电极的第2电极基板16、26 之间配置电解质层17、27，能够得到色素增感太阳能电池10、20。如图3所示，成为对电极的第2电极基板31由透明电极基板构成时，在第1电极 基板36上形成集电配线33和多孔氧化物半导体层35，同时进行配线保护层34的形成和向 多孔氧化物半导体层35的色素担载，从而得到作用极。接着，通过以具有透明导电膜32的 第2电极基板31作为对电极，在作用极和对电极之间配置电解质层37，能够得到色素增感
10太阳能电池30。作为在两电极基板间配置电解质层的方法，并无特别限定，使用电解液时，使用如 下方法使作用极和对电极相向，用树脂、粘合剂等将两极的周围密封后，从适当设置的注 入孔注入电解液。此外，使用凝胶电解质时，使用如下方法在作用极上涂布凝胶电解质，在 其上粘贴对电极。如第1和第3方式例中所例示那样，在透明电极基板11、31的表面lla、31a设置 改变入射光方向的膜体18、38时，膜体可以设置在使作用极和对电极相向前的基板表面， 也可以在使作用极和对电极相向后设置。如第2和第4方式例中所例示那样，改变入射光的方向的膜体兼作配线保护层时， 可以形成改变入射光的方向的膜体作为配线保护层。在任何情况下，通过将改变入射光的方向的膜体设置在与配线部对应的位置，均 能够抑制入射光的能量损失，实现发电效率的改善。此外，在上述第1 第4方式例中，入射光方向改变部是膜体，但入射光方向改变 部并不限于膜体。例如，第1电极基板可以是在配线部或第2电极基板形成的衍射光栅图案等。此外，在上述第1 第4方式例中，配线部由集电配线和配线保护层构成，但配线 部可只由集电配线构成。实施例以下通过实施例对本发明具体说明。再有，本发明并不只限于这些实施例。(色素增感太阳能电池的制作) 准备玻璃基板(140mm见方，表面形成了 FTO膜作为透明导电膜)，在FTO膜上通过 丝网印刷将银电路形成为格子状。电路形状的设计为电路宽300 μ m、膜厚10 μ m。作为印 刷用银糊，使用烧结后的体积电阻率为3X IO-6Qcm的印刷用银糊，印刷后在130°C下干燥， 进而在最高温度510°C下烧结银电路，从而形成电路。其次，为了将银电路完全覆盖而与电路形成部分重合，涂布低熔点玻璃糊作为第1 配线保护材料，形成玻璃的印刷涂膜。第1配线保护层的设计宽度为500 μ m，边使用CCD相 机进行与银电路的对位，边采用丝网印刷形成涂膜。在130°C下将印刷涂膜干燥后，在电极 基板的FTO膜上，在与设置银电路和配线保护层的部分不同的部分采用丝网印刷涂布包含 TiO2纳米粒子的糊，进行干燥。这些干燥后，在最高温度500°C下将第1配线保护层(只是 1次涂布的部分)和多孔氧化物半导体层烧结。进而，为了确保第1配线保护层的厚度，在 1次涂布的部分上反复多次玻璃的印刷涂膜的形成和烧结，形成第1配线保护层。进而，为了将第1配线保护层完全覆盖，涂布耐热树脂的树脂液(聚酰亚胺清漆) 作为第2配线保护材料，在最高温度350°C下对树脂涂膜进行处理，将其重复多次，形成第2 配线保护层。第2配线保护层的设计宽度为800 μ m，边使用CCD相机进行与银电路的对位， 边采用丝网印刷形成涂膜。进而，在钌联吡啶配合物(N719色素)的乙腈/叔丁醇溶液中浸渍一昼夜以上，进 行色素担载，形成光电极。作为对电极，使用了溅射形成了钼(Pt)层的钛(Ti)箔。用填充了惰性气体的循 环精制型手套箱内在光电极上展开碘电解质，与对电极相向层合后，用紫外线固化树脂将
11元件的周围密封。(比较例1)比较例1是只通过上述工序，没有设置改变入射光的朝向的膜体而制作的色素增 感太阳能电池。在这种情况下，光电转换效率为5. 18%。(实施例1)实施例1中，在与窗极侧的基板表面的银电路相对的位置，即相对于窗极侧的基 板的与银电路相反侧的表面粘贴具有各向同性的扩散特性的扩散膜(透射率85%、扩散角 度60° )。在这种情况下，光电转换效率为5. 31%。相对于比较例1的转换效率的提高率 为约2. 5%。(实施例2)实施例2中，在与窗极侧的基板表面的银电路相对的位置，涂布导光板用扩散油 墨，形成扩散膜。在这种情况下，光电转换效率为5. 30%。相对于比较例1的转换效率的提 高率为约2. 3%。(实施例3)实施例3中，在与窗极侧的基板表面的银电路相对的位置，形成分散角36°、1000 根/mm的衍射光栅。在这种情况下，光电转换效率为5. 28%。相对于比较例1的转换效率 的提高率为约1.9%。(实施例4)实施例4中，在与窗极侧的基板表面的银电路相对的位置，通过粘贴用黄色荧光 涂料(ZEBRA公司制、黄色荧光笔)着色的修补胶带(mendingtape)(住友3M公司制)，形成 荧光涂料膜。在这种情况下，光电转换效率为5. 24%。相对于比较例1的转换效率的提高 率为约1. 2%。(实施例5)实施例5中，用作第1配线保护材料的低熔点玻璃糊与比较例1相同，使用在用作 第2配线保护材料的聚酰亚胺清漆中加入5衬％的二氧化钛粒子(平均粒径400nm)的产 物，从而在配线保护层的表面形成反射膜。在这种情况下，光电转换效率为5. 25%。相对于 比较例1的转换效率的提高率为约1. 4%。(光电转换效率的测定结果)在此，光电转换效率是在ISim准太阳光(AMI. 5)下的光电转换能量效率的测定 值。将该测定结果汇总，如表1所示。[表1]
入射光方向改变部配线保护层转换效率实施例1扩散膜PI油墨和玻璃5.31 X实施例2扩散油墨PI油墨和玻璃5.30%实施例3衍射光栅PJ油墨和破璃5.28%实施例4荧光涂料膜PI油墨和玻璃5.24%实施例5反射膜PI油墨(加入5wtX 二氧化钛粒子)和玻璃5.25%比较例1无PI油墨和玻璃5.18% 如以上的结果所示，实施例1-5中，相对于比较例1，发现约1. 2-2. 5%的转换效率 提高。再有，本实施例中，使用了开口率为90%的太阳能电池单元电池，因此即使完全利用
12向配线部分的入射光，转换效率提高的极限为11%。因此，根据本实施例，能够将向配线部 分的入射光的大约10-23%左右用于发电。产业上的利用可能性本发明涉及具有与多孔氧化物半导体层邻接的配线部的色素增感太阳能电池，没 有限定电池单元、阵列、组件这样的形态，可用于提高转换效率。
权利要求
一种色素增感太阳能电池，其特征在于，至少具有第1电极基板，一面侧具有担载了色素的多孔氧化物半导体层和在与该多孔氧化物半导体层邻接的部分设置的配线部，第2电极基板，以与所述第1电极基板的所述多孔氧化物半导体层相对的方式配置，和电解质层，配置于所述第1电极基板和第2电极基板之间的至少一部分；对所述第1电极基板、所述配线部和所述第2电极基板中的至少一个，在与所述配线部对应的位置设置有改变入射光方向的入射光方向改变部。
2.根据权利要求1所述的色素增感太阳能电池，其中，所述入射光方向改变部是膜体。
3.根据权利要求2所述的色素增感太阳能电池，其中，所述膜体是扩散膜、衍射光栅 膜、荧光涂料膜或反射膜的任一种。
4.根据权利要求1 3中任一项所述的色素增感太阳能电池，其中，所述入射光方向改 变部设置在连接所述第1电极基板、所述配线部和所述第2电极基板的线上，即沿所述第1 电极基板或所述第2电极基板的厚度方向的线上。
5.根据权利要求1 3中任一项所述的色素增感太阳能电池，其中，所述第1电极基板 是透明电极基板，所述入射光方向改变部设置在相对于所述第1电极基板的与所述配线部 相反侧。
6.根据权利要求1 3中任一项所述的色素增感太阳能电池，其中，所述第1电极基板 为透明电极基板，所述配线部具有集电配线和以覆盖所述集电配线的方式设置的配线保护 层，所述配线保护层具有所述入射光方向改变部。
7.根据权利要求1 3中任一项所述的色素增感太阳能电池，其中，所述第1电极基板 为透明电极基板，所述配线部具有集电配线和以覆盖所述集电配线的方式设置的配线保护 层，所述入射光方向改变部设置在所述配线部和所述第1电极基板之间。
8.根据权利要求1 3中任一项所述的色素增感太阳能电池，其中，所述第2电极基板 为透明电极基板，所述入射光方向改变部设置在相对于所述第2电极基板的与所述第1电 极基板相反侧。
9.根据权利要求1 3中任一项所述的色素增感太阳能电池，其中，所述第2电极基板 为透明电极基板，所述配线部具有集电配线和以覆盖所述集电配线的方式设置的配线保护 层，所述配线保护层具有所述入射光方向改变部。
10.根据权利要求1 9中任一项所述的色素增感太阳能电池，其中，所述膜体比配线 部的宽度大，配置在不与邻接的多孔氧化物半导体层重合的范围。
全文摘要
本发明提供抑制配线部产生的光吸收从而谋求发电效率的改善的色素增感太阳能电池。色素增感太阳能电池(10)，其至少具有一面侧具有担载了色素的多孔氧化物半导体层(15)和在与该多孔氧化物半导体层(15)邻接的部分设置的配线部(19)的第1电极基板11，与第1电极基板11的多孔氧化物半导体层(15)相对配置的第2电极基板(16)，在第1电极基板(11)和第2电极基板(16)之间的至少一部分配置的电解质层(17)；对第1电极基板(11)、配线部(19)和第2电极基板(16)中的至少一个，在与配线部对应的位置设置有改变入射光方向的入射光方向改变部(18)。
文档编号H01L31/04GK101926042SQ20098010333
公开日2010年12月22日 申请日期2009年2月2日 优先权日2008年2月6日
发明者冈田显一, 北村隆之, 松井浩志 申请人:株式会社藤仓