色素增感太阳能电池元件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种色素增感太阳能电池元件。
【背景技术】
[0002] 作为光电转换元件，由于廉价且能够得到高的光电转换效率，所以色素增感太阳 能电池元件受到关注，并对色素增感太阳能电池元件进行各种开发。
[0003] 色素增感太阳能电池元件具备至少一个色素增感太阳能电池，色素增感太阳能电 池通常具备工作电极和对电极。而且，工作电极具有透明基板、以及在其上形成的具有透明 导电膜的导电性基板、设置在导电性基板上的氧化物半导体层。
[0004] 对这种色素增感太阳能电池元件要求光电转换特性得到进一步改善，因此，例如 着眼于色素增感太阳能电池的工作电极进行各种研究。
[0005] 例如专利文献1中公开了一种光电极，其具备导电性基板和吸附有光增感色素的 半导体层，半导体层具有设置在导电性基板上的近位层、和以覆盖近位层上的表面中与导 电性基板相反的一侧的面和侧面的至少一部分的方式设置的远位层。
[0006] 现有技术文献
[0007] 专利文献
[0008] 专利文献1:日本专利第4063802号公报（图1)
【发明内容】
[0009] 但是，上述专利文献1中记载的具备光电极的色素增感太阳能电池模块在光电转 换特性方面有改善的余地。
[0010] 本发明鉴于上述情况而完成，其目的在于提供一种能够充分提高光电转换特性的 色素增感太阳能电池元件。
[0011] 本发明人为了解决上述课题，着眼于氧化物半导体层的构成反复进行深入研究。 其结果，发现通过以下的发明能够解决上述课题。
[0012] S卩，本发明的色素增感太阳能电池元件，其具有至少一个色素增感太阳能电池，上 述色素增感太阳能电池具备：第1电极、与上述第1电极对置的第2电极、设置在上述第1 电极上的氧化物半导体层，上述氧化物半导体层具有设置在上述第1电极上的光吸收层和 反射层，所述反射层是与上述光吸收层的表面中与上述第1电极相反的一侧的第1面的一 部分接触且配置于距离上述第1电极最远的位置的层，上述光吸收层的上述第1面具有与 上述反射层接触的第2面，上述第1面的面积SJP上述第2面的面积S2满足下述式：
[0013] 0. 7^S2/S!< 1
[0014] 上述反射层配置在上述光吸收层的上述第1面的内侧。
[0015] 根据本发明的色素增感太阳能电池元件，氧化物半导体层具有光吸收层和与光吸 收层的第1面的一部分接触的反射层，反射层配置在光吸收层的第1面的内侧。而且，第1 面的面积Si与第2面的面积S2满足下述式：
[0016] 0. 7 ^S2/S!< 1〇
[0017]S卩，光吸收层的表面中与反射层接触的第2面的面积&比光吸收层的第1面的面 积S/j、。即，容易成为漏电流的位点的反射层的在光吸收层的第1面所占的比例变小。因 此，能够增加开路电压。另一方面，由于S2/S# 0. 7以上，因此通过光吸收层入射的光能够 充分反射，还能够提高光吸收层中的光吸收效率。这样，根据本发明，S2/Si通过满足上述式， 能够增加开路电压，同时还能够提高光吸收效率。进而，反射层被配置于光吸收层的第1面 的内侧，反射层不覆盖光吸收层的侧面。因此，电解质也能从光吸收层的侧面进入，所以电 解质与光吸收层接触的面积增大，电解质中的氧化还原对到达光吸收层的距离缩短，内部 电阻下降。由此，根据本发明的色素增感太阳能电池元件，能够充分提高光电转换特性。
[0018] 上述色素增感太阳能电池元件中，上述第1面的面积SJP上述第2面的面积S2优 选满足下述式：
[0019] 0? 8 彡SyS# 0? 95。
[0020] 此时，能够进一步提高色素增感太阳能电池元件的光电转换特性。
[0021] 上述色素增感太阳能电池元件中，上述第1面中不与上述反射层接触的非接触部 优选不配置在上述第2面的内侧。
[0022] 此时，与在第2面的内侧配置非接触部的情况相比，能够更充分地抑制产生电压 不均。因此，光吸收效率在光吸收层内恒定，能够更充分地抑制漏电流。其结果，能够更充 分地提高光电转换特性。
[0023] 这里，上述第2面优选被上述非接触部包围。
[0024] 此时，由于在第2面的整个周边上，电解质能够从非接触部渗透，所以在光吸收层 中，电解质中的氧化还原对变得更容易渗透，能够更加减少内部电阻。
[0025] 上述色素增感太阳能电池元件中，上述氧化物半导体层包含由锐钛矿结晶构成的 锐钛矿结晶型氧化钛和由金红石结晶构成的金红石结晶型氧化钛，上述反射层含有上述金 红石结晶型氧化钛，上述光吸收层含有上述锐钛矿结晶型氧化钛和上述金红石结晶型氧化 钛，优选上述反射层中的上述金红石结晶型氧化钛的含有率大于上述光吸收层中的上述金 红石结晶型氧化钛的含有率。
[0026] 此时，例如太阳光通过第1电极入射到氧化物半导体层。而且，光透过氧化物半导 体层的光吸收层后，入射到反射层。此时，金红石结晶型氧化钛具有比锐钛矿结晶型氧化 钛高的折射率，与锐钛矿结晶型氧化钛相比，容易使光散射。而且，反射层中的金红石结晶 型氧化钛的含有率大于光吸收层中的金红石结晶型氧化钛的含有率。即如果是反射层，能 够含有比光吸收层多的容易使光散射的金红石结晶型氧化钛。因此，透过光吸收层而入射 到反射层的光充分返回到光吸收层。其结果，氧化物半导体层中使光封闭的效果变得充分。 另外，光增感色素与金红石结晶型氧化钛相比，更容易吸附于锐钛矿结晶型氧化钛。因此， 光吸收层中，通过吸附于锐钛矿结晶型氧化钛的光增感色素，与反射层相比，能够充分吸收 光。另外，由于光吸收层含有金红石结晶型氧化钛，因此与光吸收层不含有金红石结晶型氧 化钛的情况相比，入射到光吸收层的光在光吸收层内能更充分地散射，由于在担载于锐钛 矿结晶型氧化钛的光增感色素能够有效地吸收散射的光，因此光的吸收效率变得更高。由 此，根据本发明的色素增感太阳能电池元件，能够更加提高光电转换特性。
[0027] 上述色素增感太阳能电池元件中，优选上述光吸收层中的上述金红石结晶型氧化 钛的含有率为3~15质量％。
[0028] 此时，与光吸收层中的金红石结晶型氧化钛的含有率脱离上述范围的情况相比， 光的吸收和光封闭能够平衡良好地进行，能够更加提高色素增感太阳能电池元件的光电转 换特性。
[0029] 应予说明，本发明中，"第1面"是指，无论与光吸收层的表面中第1电极相反的一 侧的表面为平坦面，还是光吸收层的表面中与第1电极相反的一侧的表面的一部分相对于 剩余部分隆起，其一部分与剩余部分之间存在阶梯差的面，可以说都是从第2电极侧除去 反射层而能看到光吸收层的情况下的平面。
[0030] 另外，在本发明的氧化物半导体层中，反射层以外的层可以说全部为光吸收层。
[0031] 根据本发明，可提供一种能够充分提高光电转换特性的色素增感太阳能电池元 件。
【附图说明】
[0032] 图1是表示本发明的色素增感太阳能电池元件的第1实施方式的截面图。
[0033] 图2是表示本发明的色素增感太阳能电池元件的第1实施方式的一部分的俯视 图。
[0034] 图3是表示图1的色素增感太阳能电池元件中的透明导电膜的图案的俯视图。
[0035] 图4是表示图1的第1 一体化密封部的俯视图。
[0036] 图5是表不图1的第2 -体化密封部的俯视图。
[0037] 图6是表示沿着图2的VI-VI线的截面图。
[0038] 图7是表示形成有用于固定后板的连结部的工作电极的俯视图。
[0039] 图8是表示图7的光吸收层的第1面和第2面的俯视图。
[0040] 图9是表示用于形成图4的第1 一体化密封部的第1 一体化密封部形成体的俯视 图。
[0041] 图10是表示本发明的色素增感太阳能电池元件的第2实施方式的一部分的俯视 图。
[0042] 图11是表示本发明的色素增感太阳能电池元件的第3实施方式的一部分的俯视 图。
[0043] 图12是表示本发明的色素增感太阳能电池元件的第4实施方式的一部分的俯视 图。
[0044] 图13是表示图8的光吸收层的第2面的第1变形例的俯视图。
[0045] 图14是表示图8的光吸收层的第2面的第2变形例的俯视图。
[0046] 图15是表示本发明的色素增感太阳能电池元件的第5实施方式的一部分的俯视 图。
【具体实施方式】
[0047] 以下，参照图1~图8对本发明的色素增感太阳能电池元件的优选的实施方式进 行详细说明。图1是表示本发明的色素增感太阳能电池元件的优选的实施方式的截面图， 图2是表示本发明的色素增感太阳能电池元件的优选的实施方式的一部分的俯视图，图3 是表示图1的色素增感太阳能电池模块中的透明导电膜的图案的俯视图，图4是表示图1 的第1 一体化密封部的俯视图，图5是表示图1的第2 -体化密封部的俯视图，图6是表示 沿着图2的VI-VI线的截面图，图7是表示形成有用于固定后板的连结部的工作电极的俯 视图，图8是表不图7的光吸收层的第1面的俯视图。
[0048]如图1所示，作为色素增感太阳能电池元件的色素增感太阳能电池模块（以下，有 时称为"DSC模块"）100具有：具有透明基板11的多个（图1中为4个）的色素增感太阳 能电池（以下，有时称为"DSC"）50、以及在透明基板11的一面11a侧覆盖DSC50的方式设 置的后板80。如图2所示，多个DSC50通过导电材料60P以串联的方式连接。以下，为了便 于说明，有时将DSC模块100的4个DSC50称为DSC50A~50D。
[0049] 如图1所不，多个DSC50分别具备：具有导电性基板15的工作电极10、与导电性 基板15对置的对电极20、使导电性基板15和对电极20接合的环状的密封部30A。在由导 电性基板15、对电极20以及环状的密封部30A形成的单元空间中填充有电解质40。
[0050] 对电极20具备：金属基板21、以及设置于金属基板21的工作电极10侧并促进催 化剂反应的催化剂层22。另外，在相邻的2个DSC50中，对电极20彼此相互分离。在本实 施方式中，由对电极20构成第2电极。
[0051] 如图1和图2所示，工作电极10具有：导电性基板15、设置在导电性基板15上的 至少一个氧化物半导体层13。导电性基板15具有：透明基板11、设置在透明基板11上的 透明导电膜12、设置在透明基板11上的绝缘材料33、设置在透明导电膜12上的连接端子 16。氧化物半导体层13配置于环状的密封部30A的内侧。另外，在氧化物半导体层13吸 附光增感色素。
[0052] 透明基板11作为DSC50A~50D的共用的透明基板使用。应予说明，在本实施方 式中，由导电性基板15构成第1电极。
[0053] 如图6和图7所示，氧化物半导体层13具有设置在导电性基板15上的光吸收层 13a和反射层13b，所述反射层13b是与光吸收层13a的表面中与导电性基板15相反一侧 的第1面91的一部分接触且配置在距离导电性基板15最远的位置的层。而且，如图8所 示，光吸收层13a的第1面91具有与反射层13b接触的第2面92,第1面91的面积SJP 第2面92的面积S2满足下述式：
[0054] O.TSSyS^lo
[0055] 另外，反射层13b配置在光吸收层13a的第1面91的内侧。这里，第1面91的内 侧是指第1面91的周边91a的内侧。
[0056] 另外，如图8所示，光吸收层13a的第1面91中不与反射层13b接触的非接触部 93配置在第2面92的外侧，而不配置在内侧。这里，第2面92的内侧是指，第2面92的周 边92a的内侧。进而在光吸收层13a，第2面92的全体被非接触部93包围。换言之，在环 状的非接触部93的内侧配置第2面92。
[0057] 如图2和图3所示，透明导电膜12由以相互绝缘的状态设置的透明导电膜12A~ 12F构成。即，透明导电膜12A~12F以相互夹着槽90的方式配置。这里，透明导电膜12A~ 12D分别构成多个DSC50A~50D的透明导电膜12。另外，透明导电膜12E以沿着密封部 30A弯折的方式配置。透明导电膜12F是用于固定后板80的周边部80a的环状的透明电极 膜12,包围透明导电膜12A~12E(参照图1)。
[0058] 如图3所示，透明导电膜12A~12D中任一个都具有：具有侧边缘部12b的四边形 的主体部12a、从主体部12a的侧边缘部12b向侧方突出的突出部12c。
[0059] 如图2所示，透明导电膜12A~12D中透明导电膜12C的突出部12c具有：相对于 DSC50A~50D的排列方向X向侧方伸出的伸出部12d、从伸出部12d延伸并隔着槽90与邻 近的DSC50D的主体部12a对置的对置部12e。
[0060]DSC50B中，透明导电膜12B的突出部12c具有伸出部12d和对置部12e。另外， DSC50A中，透明导电膜12A的突出部12c也具有伸出部12d和对置部12e。
[0061] 应予说明，DSC50D已经与DSC50C连接，并且不存在其他应连接的DSC50。因此， DSC50D中，透明导电膜12D的突出部12c不具有对置部12e。即透明导电膜12D的突出部 12c仅由伸出部12d构成。
[0062] 但是，透明导电膜12D还具有：用于将DSC模块100所产生的电流向外部取出的第 1电流获取部12f、将第1电流获取部12f与主体部12a连接并沿透明导电膜12A~12C的 侧边缘部12b延伸的连接部12g。第1电流获取部12f在DSC50A的周围且相对于透明导电 膜12A与透明导电膜12B相反的一侧配置。
[0063] 另一方面，透明导电膜12E也具有用于将DSC模块100所产生的电流向外部取出 的第2电流获取部12h，第2电流获取部12h在DSC50A的周围且相对于透明导电膜12A与 透明导电膜12B相反的一侧配置。另外，第1电流获取部12f和第2电流获取部12h在 DSC50A的周围以隔着槽90B(90)相邻的方式配置。这里，槽90由沿着透明导电膜12的主 体部12a的边缘部形成的第1槽90A、和沿着透明导电膜12中除去主体部12a的部分的边 缘部形成并且与后板80的周边部80a交叉的第2槽90B构成。