專利名稱：染料敏化太陽(yáng)能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及相對(duì)入射光的前進(jìn)方向串聯(lián)設(shè)置兩層擔(dān)載染料的多孔半導(dǎo)體層的所謂串聯(lián)型染料敏化太陽(yáng)能電池。
背景技術(shù)：
染料敏化太陽(yáng)能電池稱作濕式太陽(yáng)能電池或者格萊才爾電池等，具有不使用硅半導(dǎo)體、而帶有以碘溶液為代表的電化學(xué)單元構(gòu)造的特點(diǎn)。具體地說(shuō)，具有在由透明的導(dǎo)電性玻璃板(層壓了透明導(dǎo)電膜的透明基板，陽(yáng)極基板)上燒結(jié)二氧化鈦粉末等、讓其吸附染料而形成的二氧化鈦層等多孔半導(dǎo)體層(多孔氧化物半導(dǎo)體層)和導(dǎo)電性玻璃板(導(dǎo)電性基板，陰極基板)構(gòu)成的相反電極之間配置碘溶液作為電解液的簡(jiǎn)易構(gòu)造。從透明導(dǎo)電性玻璃板側(cè)導(dǎo)入染料敏化太陽(yáng)能電池單元內(nèi)的太陽(yáng)光被染料吸收而產(chǎn)生電子。染料敏化太陽(yáng)能電池因材料便宜，制作不需要大規(guī)模的設(shè)備，作為低成本的太陽(yáng)能電池受到注目。染料敏化太陽(yáng)能電池在目前報(bào)告了約11%的太陽(yáng)光的轉(zhuǎn)換效率，但要求效率進(jìn)一步提高，因而從各種觀點(diǎn)進(jìn)行了研究。其中之一，對(duì)光吸收效率的改善進(jìn)行了各種研究。S卩，過(guò)去一直對(duì)用于染料敏化太陽(yáng)能電池的染料進(jìn)行了各種研究，但至今仍沒(méi)有得到能夠以高效率吸收從400nm到近紅外以上波長(zhǎng)的寬幅度波長(zhǎng)區(qū)域的光的染料。因此， 未在吸附染料的多孔半導(dǎo)體層吸收的光直接成為吸收損失。而且，為了提高光吸收效率也考慮了增加吸附染料的多孔半導(dǎo)體層的厚度，但此時(shí)，實(shí)際上因多種原因并沒(méi)有提高吸收效率，而相反可能會(huì)降低吸收效率。為了提高光吸收效率，研究了相對(duì)入射光的前進(jìn)方向串聯(lián)設(shè)置兩層擔(dān)載染料的多孔氧化物半導(dǎo)體層的所謂串聯(lián)型染料敏化太陽(yáng)能電池。例如，研究了使吸附不同種類染料的兩層多孔半導(dǎo)體層重疊，同時(shí)在兩層多孔半導(dǎo)體層之間配置包含F(xiàn)TO (摻雜氟的氧化錫膜)的電極，并聯(lián)地從如此構(gòu)成的兩個(gè)單元提取電的技術(shù)(參照非專利文獻(xiàn)1)。此外，研究了具有第一敏化染料的第一陽(yáng)極和具有與第一敏化染料不同的第二敏化染料的第二陽(yáng)極隔離配置，在兩陽(yáng)極間設(shè)置典型的由網(wǎng)狀電極構(gòu)成的陰極，在這些各電極間填充電解質(zhì)的染料敏化太陽(yáng)能電池(參照專利文獻(xiàn)1)。通過(guò)并列連接形成在該電池的陰極兩側(cè)的兩個(gè)電池單元，可有效地利用從第一陽(yáng)極側(cè)射入的入射光。此外，研究了載置分別吸附敏化染料的多孔氧化鈦膜的陽(yáng)極和作為相反電極的陰極被隔離配置，在陽(yáng)極和陰極的兩電極間設(shè)置透明相反電極，在這些各電極間填充電解質(zhì)的染料敏化太陽(yáng)能電池(參照專利文獻(xiàn)1)。此時(shí)，作為透明相反電極的中間層形成的絕緣層的陽(yáng)極側(cè)的面起到陰極作用，作為透明相反電極的中間層形成的絕緣層的陰極側(cè)的面起到陽(yáng)極作用，從而成為將在透明相反電極的兩側(cè)形成的兩個(gè)電池單元并列連接的、與上述專利文獻(xiàn)1類似的結(jié)構(gòu)(參照非專利文獻(xiàn)2)。而且，該非專利文獻(xiàn)2未公開(kāi)除了根據(jù)圖判斷出的上述以外的內(nèi)容，因而不清楚透明電極的材料、結(jié)構(gòu)等。而且，雖然不是如上述一樣的串聯(lián)型染料敏化太陽(yáng)能電池，但本發(fā)明人提議了設(shè)置兩層多孔半導(dǎo)體層部，同時(shí)在這兩層多孔半導(dǎo)體層部之間設(shè)置具有貫通孔的導(dǎo)電層部 (集電極)，將導(dǎo)電層部與設(shè)置在光入射側(cè)的透明基板的透明導(dǎo)電膜電連接的染料敏化太陽(yáng)能電池(參照專利文獻(xiàn)2)。根據(jù)該染料敏化太陽(yáng)能電池，即便使多孔半導(dǎo)體層的厚度變厚時(shí)，也可得到高轉(zhuǎn)化效率。此外，研究了盡管是np串聯(lián)型染料敏化太陽(yáng)能電池，但按以下順序配置陽(yáng)極基板、染料敏化η型半導(dǎo)體層、電解質(zhì)層、染料敏化ρ型半導(dǎo)體層和陰極基板的染料敏化太陽(yáng)能電池(參照專利文獻(xiàn)3)。根據(jù)該染料敏化太陽(yáng)能電池，認(rèn)為通過(guò)降低P側(cè)的電阻，可使P側(cè)的轉(zhuǎn)化效率提高，從而提高電池整體的轉(zhuǎn)化效率。專利文獻(xiàn)1 日本特開(kāi)2008-53042號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開(kāi)2008-16405號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 日本特開(kāi)2006-147^0號(hào)公報(bào)非專禾Ij文獻(xiàn) 1 Kubo et al/Jounal of Photochemistry and Photobiology A Chemistry 164(2004)非專利文獻(xiàn)2:日経工l·夕卜口二夕7 O記事、平成21年3月4日検索、^ >夕一才、”卜、URL :http://techon. nikkeibp. co. jp80/article/NEWS/20080306/148570/然而，上述的現(xiàn)有技術(shù)均為光吸收效率需要進(jìn)一步提高，或電池結(jié)構(gòu)上因較多使用高價(jià)透明導(dǎo)電膜而使電池的制造成本變高，或在使電池大型化時(shí)會(huì)產(chǎn)生不良問(wèn)題等，所以認(rèn)為進(jìn)一步改良的空間較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述問(wèn)題而作出，其目的在于，提供可提高光吸收效率并廉價(jià)制造的新結(jié)構(gòu)的染料敏化太陽(yáng)能電池。本發(fā)明中的染料敏化太陽(yáng)能電池的特征在于，從射入光的一側(cè)依次設(shè)置陽(yáng)極基板、第一染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層、第一電解液層、碘氧化還原催化劑層、多孔支撐體層、第二染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層、第二電解液層和陰極基板而成。此外，本發(fā)明中的染料敏化太陽(yáng)能電池的特征在于，從射入光的一側(cè)依次設(shè)置陽(yáng)極基板、第一染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層、第一電解液層、碘氧化還原催化劑層、第二染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層的一部分、多孔支撐體層、該第二染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層的剩余部分、第二電解液層和陰極基板而成。此外，本發(fā)明中的染料敏化太陽(yáng)能電池的特征在于，從射入光的一側(cè)依次設(shè)置陽(yáng)極基板、第一染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層、第一電解液層、多孔導(dǎo)電性金屬支撐體層、第二染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層、第二電解液層和陰極基板而成。此外，本發(fā)明中的染料敏化太陽(yáng)能電池的特征在于，從射入光的一側(cè)依次設(shè)置陽(yáng)極基板、第一染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層、第一電解液層、第二染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層的一部分、多孔導(dǎo)電性金屬支撐體層、該第二染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層的剩余部分、第二電解液層和陰極基板而成。此外，本發(fā)明中的染料敏化太陽(yáng)能電池的特征在于，優(yōu)選構(gòu)成所述陽(yáng)極基板的導(dǎo)體層包含多孔導(dǎo)電性金屬層。此外，本發(fā)明中的染料敏化太陽(yáng)能電池的特征在于，優(yōu)選所述第二染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層所擔(dān)載的染料具有比所述第一染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層所擔(dān)載的染料的光吸收波長(zhǎng)長(zhǎng)的光吸收波長(zhǎng)。本發(fā)明中的染料敏化太陽(yáng)能電池從射入光的一側(cè)依次設(shè)置陽(yáng)極基板、由該陽(yáng)極基板保持的第一染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層、第一電解液層和陰極基板的同時(shí)，進(jìn)一步設(shè)置碘氧化還原催化劑層、多孔支撐體層、第二染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層和第二電解液層，或者進(jìn)一步設(shè)置多孔導(dǎo)電性金屬支撐體層、第二染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層和第二電解液層，因而光吸收效率優(yōu)異，且不需要高價(jià)的透明導(dǎo)電膜或無(wú)需大量使用高價(jià)的透明導(dǎo)電膜，從而可降低電池的制造成本。


圖1是本實(shí)施方式的第一例中的染料敏化太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)施方式的第二例中的染料敏化太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是表示第一染料(Dye2)和第二染料(Dyel)的化學(xué)結(jié)構(gòu)的圖。圖4是本實(shí)施方式的第一例中的染料敏化太陽(yáng)能電池的變形例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本實(shí)施方式的第二例中的染料敏化太陽(yáng)能電池的變形例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是表示與第一染料和第二染料不同的染料(Dye3)的化學(xué)結(jié)構(gòu)的圖。
具體實(shí)施例方式以下參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式(以下稱為本實(shí)施方式例)進(jìn)行說(shuō)明。參照?qǐng)D1對(duì)本實(shí)施方式第一例中的染料敏化太陽(yáng)能電池進(jìn)行說(shuō)明。本實(shí)施方式第一例中的染料敏化太陽(yáng)能電池(以下，有時(shí)將其僅稱為“第一太陽(yáng)能電池”)10從入射光的一側(cè)依次設(shè)置有陽(yáng)極基板12、被陽(yáng)極基板12保持的第一染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層(以下，有時(shí)將其僅稱為“第一半導(dǎo)體層”)14、第一電解液層16a、多孔支撐體層18、被多孔支撐體層18保持的第二染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層(以下，有時(shí)將其僅稱為“第二半導(dǎo)體層”)20、第二電解液層16b和陰極基板22。多孔支撐體層18朝向第一電解液層16a配置的一側(cè)，換言之，朝向第一電解液層 16a露出的多孔支撐體層18的表面擔(dān)載碘氧化還原催化劑層19。此時(shí)，如圖4所示，可將第二染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層20的一部分20a設(shè)置在多孔支撐體層18朝向第一電解液層16a配置的一側(cè)表面，此時(shí)，多孔支撐體層18朝向第一電解液層16a露出的第二染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層20的表面擔(dān)載碘氧化還原催化劑層19。而且，圖4中，參照符號(hào) 20b表示夾著多孔支撐體層18在第二染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層的一部分20a的相對(duì)側(cè)配置的第二染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層20的剩余部分。陽(yáng)極基板12可由例如玻璃或樹(shù)脂膜等形成的透明基板12a和在該基板12a上設(shè)置的具有透光性的導(dǎo)體層12b構(gòu)成。此外，陰極基板22可由例如常用的導(dǎo)電性金屬層構(gòu)成。而且，圖1中，參照符號(hào)M表示將電解液層16a、16b等封入并固定的襯墊。由導(dǎo)體從導(dǎo)體層12b導(dǎo)出的電子導(dǎo)入陰極基板22，構(gòu)成例如作為照明電源的電池電路。太陽(yáng)能電池10在結(jié)構(gòu)上為在光的前進(jìn)方向上層疊第一半導(dǎo)體層14和第二半導(dǎo)體層20的所謂串聯(lián)結(jié)構(gòu)(串聯(lián)型)電池，若從電池工作面來(lái)看，可稱為兩個(gè)電池單元串聯(lián)排列的串聯(lián)型電池。陽(yáng)極基板12的導(dǎo)電層12b沒(méi)有特別限定，可使用ΙΤ0(摻雜錫的銦膜)、FT0 (摻雜氟的氧化錫膜)、或SnO2膜等。此外，導(dǎo)電層12b可為與這些FTO等一起包含多孔導(dǎo)電性金屬層的導(dǎo)電層。這種多孔導(dǎo)電性金屬層可使用金屬網(wǎng)、預(yù)先形成無(wú)數(shù)孔的金屬層或由噴鍍或薄膜形成法等形成的多孔金屬層等。這些點(diǎn)對(duì)稍后描述的第二實(shí)施方式例也相同。然而，第二實(shí)施方式例中由于設(shè)置多孔導(dǎo)電性金屬支撐體層18a代替了第一例中的太陽(yáng)能電池10的多孔支撐體層18，所以可省略導(dǎo)體層12b。此時(shí)，第一染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層14需要與多孔導(dǎo)電性金屬支撐體層18a接觸。陰極基板22可為例如在導(dǎo)電性金屬層的內(nèi)側(cè)面設(shè)置催化劑膜等的適宜結(jié)構(gòu)。而且，這些點(diǎn)對(duì)稍后描述的第二實(shí)施方式例也相同。第一染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層14和第二染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層20中擔(dān)載的染料(以下，有時(shí)將它們分別稱為“第一染料”和“第二染料”)為吸附于形成多孔半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體材料的染料，吸收波長(zhǎng)為400nm IOOOnm波長(zhǎng)。這種染料可舉出例如具有 COOH基的釕染料、酞菁染料等金屬絡(luò)合物、花菁染料等有機(jī)染料。第一和第二染料可使用相同種類的染料。然而，如果第一染料使用對(duì)在單元內(nèi)前進(jìn)的過(guò)程中容易消失的短波長(zhǎng)光進(jìn)行吸收的、具有如圖3所示的Dye2的化學(xué)結(jié)構(gòu)的染料， 第二染料使用吸收比第一染料長(zhǎng)的長(zhǎng)波長(zhǎng)光的具有如圖1所示的Dyel的化學(xué)結(jié)構(gòu)的染料時(shí)，更優(yōu)選。而且，這些點(diǎn)對(duì)稍后描述的第二實(shí)施方式例也相同。在第一染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層14和第二染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層20 中擔(dān)載染料的多孔氧化物半導(dǎo)體層，作為半導(dǎo)體材料可使用例如鈦、錫、鋯、鋅、銦、鎢、鐵、 鎳或銀等金屬的氧化物。多孔氧化物半導(dǎo)體層為半導(dǎo)體材料在300°C以上的溫度煅燒，更優(yōu)選在450°C以上的溫度煅燒的多孔氧化物半導(dǎo)體層。另一方面，沒(méi)有特別的煅燒溫度上限，但是設(shè)定為比多孔半導(dǎo)體層14的材料熔點(diǎn)充分低的溫度，更優(yōu)選設(shè)定為550°C以下的溫度。此外，多孔半導(dǎo)體層14的材料使用鈦氧化物(二氧化鈦)時(shí)，優(yōu)選在不轉(zhuǎn)化成金紅石結(jié)晶的溫度下，在鈦氧化物的導(dǎo)電性高的銳鈦礦結(jié)晶的狀態(tài)下進(jìn)行煅燒。第一染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層14和第二染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層20的多孔氧化物半導(dǎo)體層可由相同的半導(dǎo)體材料，例如鈦氧化物形成。但用鈦氧化物形成第一染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層14的多孔氧化物半導(dǎo)體層，用錫氧化物形成第二染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層20的多孔氧化物半導(dǎo)體層時(shí)，由于錫氧化物的導(dǎo)帶能級(jí)比鈦氧化物的導(dǎo)帶能級(jí)低，與吸收長(zhǎng)波長(zhǎng)光的染料的LUMO —致，所以更優(yōu)選。第一染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層14和第二染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層20的多孔氧化物半導(dǎo)體層沒(méi)有特別限定其各自厚度，但優(yōu)選為14μπι以上的厚度。而且，這些點(diǎn)對(duì)稍后描述的第二實(shí)施方式例也相同。電解液層16a、16b為含有碘、鋰離子、離子液體、叔丁基吡啶等的層，例如為碘時(shí)， 可使用由碘化物離子和碘的組合構(gòu)成的氧化還原體。氧化還原體包含可將其溶解的適宜溶劑。而且，該點(diǎn)對(duì)稍后描述的第二實(shí)施方式例也相同。多孔支撐體層18只要具有可充分透過(guò)光且電解液能通過(guò)的多孔性，且即便為薄膜也能可靠地支撐第二染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層20，則沒(méi)有特別限定，可由適當(dāng)?shù)臒o(wú)機(jī)材料形成，此外，也可由適當(dāng)?shù)慕饘俨牧闲纬伞６嗫字误w層18或第二染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層20擔(dān)載的碘氧化還原催化劑層19可由白金、導(dǎo)電性高分子等材料形成。碘氧化還原催化劑層19可用例如濺射法等適當(dāng)?shù)某赡しㄐ纬?。此時(shí)，若相當(dāng)于多孔支撐體層18的部件為阻礙電解質(zhì)流通的非孔質(zhì)部件，如透明導(dǎo)電膜或金屬膜時(shí)，在包含第一染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層14構(gòu)成的單元(作為單元1) 和包含第二染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層20構(gòu)成的單元(作為單元幻內(nèi)流動(dòng)的電流量不相同時(shí)，例如電流在單元2難以流動(dòng)時(shí)，變得由其來(lái)支配速度，從而性能下降。作為極端情況，在單元2使用長(zhǎng)波長(zhǎng)吸收染料時(shí)，即使是對(duì)長(zhǎng)波長(zhǎng)不足(乏0 )的光射入到單元2，在單元2內(nèi)也不會(huì)流動(dòng)電。與此相對(duì)，根據(jù)本實(shí)施方式的第一例中的染料敏化太陽(yáng)能電池10，由于確保了單元1和單元2間的電解液流通，所以無(wú)需考慮染料1和染料2的吸收量平衡。即使單元2 完全不流動(dòng)電流時(shí)，電池10也發(fā)揮功能。根據(jù)以上說(shuō)明的本實(shí)施方式的第一例中的染料敏化太陽(yáng)能電池10，可以高發(fā)電效率得到高電壓。此外，由于與FTO膜等透明導(dǎo)電膜相比可廉價(jià)地形成電極，所以可廉價(jià)地制造電池。此外，在使電池大型化時(shí)，與FTO膜等相比，由電極產(chǎn)生的電力損失小。接著，參照?qǐng)D2對(duì)本實(shí)施方式的第二例中的染料敏化太陽(yáng)能電池進(jìn)行說(shuō)明。而且， 對(duì)于與上述第一太陽(yáng)能電池10重復(fù)的部分，省略說(shuō)明。本實(shí)施方式的第二例中的染料敏化太陽(yáng)能電池(以下，有時(shí)將其簡(jiǎn)稱為“第二太陽(yáng)能電池”)IOa的各部件的層疊結(jié)構(gòu)等與第一太陽(yáng)能電池10幾乎相同。如圖2所示，第二例中的太陽(yáng)能電池IOa在電池結(jié)構(gòu)上與第一太陽(yáng)能電池10不同的地方在于，代替第一例中的太陽(yáng)能電池10的多孔支撐體層18而設(shè)置多孔導(dǎo)電性金屬支撐體層18a的點(diǎn)以及未設(shè)置碘氧化還原催化劑層19的點(diǎn)。此時(shí)，如圖5所示，可將第二染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層20的一部分20a設(shè)置在多孔支撐體層18朝向第一電解液層16a 配置的一側(cè)表面。而且，圖5中，參照符號(hào)20b表示夾著多孔支撐體層18并在第二染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層的一部分20a的相對(duì)側(cè)配置的第二染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層 20的剩余部分。此外，電池電路結(jié)構(gòu)為與從陽(yáng)極基板12導(dǎo)出電子的導(dǎo)體并列地設(shè)置從多孔導(dǎo)電性金屬支撐體層18a導(dǎo)出電子的導(dǎo)體，且并列地配置兩個(gè)電池單元的形狀。多孔導(dǎo)電性金屬支撐體層18a可使用金屬網(wǎng)、預(yù)先形成無(wú)數(shù)孔的金屬層或由噴鍍或薄膜形成法等形成的多孔金屬層等。由此，可廉價(jià)地形成多孔導(dǎo)電性金屬支撐體層18a。根據(jù)以上說(shuō)明的本實(shí)施方式的第二例中的染料敏化太陽(yáng)能電池10a，可以高發(fā)電效率得到高電流。此外，由于與FTO膜等透明導(dǎo)電膜相比可廉價(jià)地形成電極，所以可廉價(jià)地制造電池。此外，在使電池大型化時(shí)，與FTO膜等相比，由電極產(chǎn)生的電力損失小。實(shí)施例舉出實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。而且，本發(fā)明并不限定于以下說(shuō)明的實(shí)施例。(實(shí)施例1)在透明玻璃基板上形成FTO膜(表面電阻，10 Ω / □)，其上涂布二氧化鈦漿料，在 450°C干燥30分鐘制作2 μ m厚的多孔二氧化鈦層。在該多孔二氧化鈦層吸附上述的第一染料(Dye2)，從而制作第一電極部。另一方面，在具有直徑20 μ m網(wǎng)格的篩孔不銹鋼基板 (厚度25 μ m)上通過(guò)濺射對(duì)鈦進(jìn)行制膜，之后導(dǎo)入氧氣的同時(shí)通過(guò)對(duì)鈦進(jìn)行電弧等離子體制膜，制作保護(hù)表面的不銹鋼篩孔結(jié)構(gòu)。對(duì)篩孔結(jié)構(gòu)涂布二氧化鈦漿料，在450°C干燥30分鐘制作2 μ m厚的多孔二氧化鈦層。在未設(shè)置篩孔結(jié)構(gòu)的多孔二氧化鈦層的一側(cè)表面濺射白金后，在該二氧化鈦層吸附上述的第二染料(Dye2)，從而制作第二電極部。電解液使用對(duì)多孔PTFE(P0Iytetrafluoroethylene)膜(厚度50 μ m，80%孔隙率)浸入電解液的凝膠電解液。相反電極通過(guò)對(duì)鈦濺射白金而制成。將它們依次層壓，制作太陽(yáng)能電池。得到的太陽(yáng)能電池的在第一電極部與相反電極電連接時(shí)的單元(復(fù)合單元，本實(shí)施方式的第一例中的電池)的性能為，Voc為0. 81V，Jsc為5. 2mA/cm2, FF為0. 67，效率為 2.8%。而且，相對(duì)該太陽(yáng)能電池另外制作的由第一電極部和相反電極構(gòu)成的單元(單個(gè)單元1)的性能為，Voc為0. 4V，Jsc為5. 4mA/cm2, FF為0. 70，效率為1. 5%，另一方面，相對(duì)該太陽(yáng)能電池另外制作的由第二電極部和相反電極構(gòu)成的單元(單個(gè)單元2)的性能為，Voc 為0. 42V，Jsc為4. 9mA/cm2,FF為0. 70，效率為1. 44%。僅與幾乎相當(dāng)于現(xiàn)有電池的單個(gè)單元1的情況相比，發(fā)現(xiàn)復(fù)合單元的Vre的上升幾乎比得上單個(gè)單元1和單個(gè)單元2的總值。 IPCE值發(fā)現(xiàn)了與具有500nm吸收波長(zhǎng)的第一染料的單個(gè)單元1相當(dāng)?shù)姆搴团c具有700nm吸收波長(zhǎng)的第二染料的單個(gè)單元2相當(dāng)?shù)姆濉?實(shí)施例2)在透明玻璃基板上形成FTO膜(表面電阻，10Ω/ □)，涂布二氧化鈦漿料，在 450°C干燥30分鐘制作2 μ m厚的多孔二氧化鈦層。在該二氧化鈦層吸附上述的第一染料， 從而制作第一電極部。另一方面，在具有直徑20 μ m網(wǎng)格的篩孔不銹鋼基板(厚度25 μ m) 上通過(guò)濺射對(duì)鈦進(jìn)行制膜，之后導(dǎo)入氧氣的同時(shí)通過(guò)對(duì)鈦進(jìn)行電弧等離子體制膜，制作保護(hù)表面的不銹鋼篩孔結(jié)構(gòu)。在篩孔結(jié)構(gòu)之上涂布二氧化鈦漿料，在450°C干燥30分鐘制作 2ym厚的多孔二氧化鈦層。在該二氧化鈦層吸附上述的第二染料，從而制作第二電極部。 電解液使用對(duì)多孔PTFE膜(厚度50ym，80%孔隙率)浸入電解液的凝膠電解液。相反電極通過(guò)對(duì)鈦濺射白金而制成。將它們依次層壓，制作太陽(yáng)能電池。得到的太陽(yáng)能電池的太陽(yáng)能電池的性能為，在第一電極部和第二電極部與相反電極電連接時(shí)的單元(復(fù)合單元，本實(shí)施方式的第二例中的電池)的性能為，Voc為0. 4V，Jsc 為12. lmA/cm2，F(xiàn)F為0.60，效率為2.9%。此外，相對(duì)該太陽(yáng)能電池另外制作的由第一電極部和相反電極構(gòu)成的單元(單個(gè)單元1)的太陽(yáng)能電池的性能為，Vre為0.4V，Js。為5. 4mA/ cm2,FF為0. 70，效率為1. 5%，另一方面，相對(duì)該太陽(yáng)能電池另外制作的由第二電極部和相反電極構(gòu)成的單元(單個(gè)單元2)的性能為，Voc為0. 42V，Jsc為4. 9mA/cm2, FF為0. 70，效率為1. 44%。僅與幾乎相當(dāng)于現(xiàn)有電池的單個(gè)單元1的情況相比，發(fā)現(xiàn)復(fù)合單元的Jsc的上升幾乎比得上單個(gè)單元1和單個(gè)單元2的總值。IPCE值發(fā)現(xiàn)了與具有500nm吸收波長(zhǎng)的第一染料的單個(gè)單元1相當(dāng)?shù)姆搴团c具有700nm吸收波長(zhǎng)的第二染料的單個(gè)單元2相當(dāng)?shù)姆濉?參考例1)在具有直徑20 μ m網(wǎng)格的篩孔不銹鋼基板(厚度25 μ m)上涂布二氧化鈦漿料，在 450°C干燥30分鐘制作多孔二氧化鈦層。重復(fù)該二氧化鈦漿料的涂布和干燥，直至多孔二氧化鈦層的厚度達(dá)到規(guī)定厚度，最終制作厚度10 μ m厚的多孔二氧化鈦層。在該二氧化鈦層吸附具有圖4所示的Dye3的化學(xué)結(jié)構(gòu)的染料(三菱制紙D-149)，從而制作第二電極部。 電解液使用對(duì)多孔PTFE膜(厚度35ym，71%孔隙率)浸入電解液的凝膠電解液。相反電極通過(guò)對(duì)鈦濺射白金而制成。將如上制作的多孔二氧化鈦層的二氧化鈦層側(cè)和相反電極的白金側(cè)在中間夾著上述PTFE膜而對(duì)置層壓，進(jìn)而在該多孔二氧化鈦層的二氧化鈦層側(cè)的相對(duì)側(cè)層壓PET膜(厚度130 μ m)，制作太陽(yáng)能電池。得到的太陽(yáng)能電池的在第二電極部與相反電極電連接時(shí)的單元的性能為，Noc為 0. 63V, Jsc 為 6. 24mA/cm2, FF 為 0. 55，效率為 2. 16%。該太陽(yáng)能電池相當(dāng)于本實(shí)施方式的第二例中的電池中由第二電極部和相反電極構(gòu)成的單元(單個(gè)單元幻。因此，在上述太陽(yáng)能電池中，層壓通過(guò)在透明導(dǎo)電膜上形成FTO 膜(表面電阻，ΙΟΩ/D )，涂布二氧化鈦漿料，在450°C干燥30分鐘制作多孔二氧化鈦層， 在該二氧化鈦層吸附第一染料而制作的電極部來(lái)代替PET膜，從而可制作本實(shí)施方式的第二例中的電池(復(fù)合單元)。(參考例2)在具有直徑20 μ m網(wǎng)格的篩孔不銹鋼基板(厚度25 μ m)上涂布二氧化鈦漿料，在 450°C干燥30分鐘制作多孔二氧化鈦層。重復(fù)該二氧化鈦漿料的涂布和干燥，直至多孔二氧化鈦層的厚度達(dá)到規(guī)定厚度，最終制作厚度10 μ m厚的多孔二氧化鈦層。在該二氧化鈦層吸附具有圖4所示的Dye3的化學(xué)結(jié)構(gòu)的染料，從而制作第二電極部。相反電極通過(guò)對(duì)鈦濺射白金，進(jìn)而在白金上涂布二氧化鈦漿料(觸媒化成PST-400C)并形成厚度IOym的多孔絕緣膜而制成。將如上制作的多孔二氧化鈦層的二氧化鈦層側(cè)和相反電極的絕緣膜側(cè)對(duì)置層壓，進(jìn)而在該多孔二氧化鈦層的二氧化鈦層側(cè)的相對(duì)側(cè)層壓PET膜(厚度130 μ m)。進(jìn)而將電解液注入單元內(nèi)部，制作太陽(yáng)能電池。得到的太陽(yáng)能電池的在第二電極部與相反電極電連接時(shí)的單元的性能為，Noc為 0. 63V, Jsc 為 7. 09mA/cm2, FF 為 0. 64，效率為 2. 90%。該太陽(yáng)能電池相當(dāng)于本實(shí)施方式的第二例中的電池中由第二電極部和相反電極構(gòu)成的單元(單個(gè)單元幻。因此，在上述太陽(yáng)能電池中，層壓通過(guò)在透明導(dǎo)電膜上形成FTO 膜(表面電阻，10Ω/ □)，涂布二氧化鈦漿料，在450°C干燥30分鐘制作多孔二氧化鈦層， 在該二氧化鈦層吸附第一染料而制作的電極部來(lái)代替PET膜，從而可制作本實(shí)施方式的第二例中的電池(復(fù)合單元)。符號(hào)說(shuō)明10、IOa染料敏化太陽(yáng)能電池12陽(yáng)極基板1 透明基板
12b導(dǎo)體層14第一染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層16a第一電解液層1 第二電解液層18多孔支撐體層18a多孔導(dǎo)電性金屬支撐體層19碘氧化還原催化劑層20第二染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層20a第二染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層的一部分20b第二染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層的剩余部分22陰極基板24 襯墊
權(quán)利要求
1.一種染料敏化太陽(yáng)能電池，其特征在于，從射入光的一側(cè)依次設(shè)置陽(yáng)極基板、第一染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層、第一電解液層、碘氧化還原催化劑層、多孔支撐體層、第二染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層、第二電解液層和陰極基板而成。
2.一種染料敏化太陽(yáng)能電池，其特征在于，從射入光的一側(cè)依次設(shè)置陽(yáng)極基板、第一染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層、第一電解液層、碘氧化還原催化劑層、第二染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層的一部分、多孔支撐體層、該第二染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層的剩余部分、第二電解液層和陰極基板而成。
3.一種染料敏化太陽(yáng)能電池，其特征在于，從射入光的一側(cè)依次設(shè)置陽(yáng)極基板、第一染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層、第一電解液層、多孔導(dǎo)電性金屬支撐體層、第二染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層、第二電解液層和陰極基板而成。
4.一種染料敏化太陽(yáng)能電池，其特征在于，從射入光的一側(cè)依次設(shè)置陽(yáng)極基板、第一染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層、第一電解液層、第二染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層的一部分、 多孔導(dǎo)電性金屬支撐體層、該第二染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層的剩余部分、第二電解液層和陰極基板而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的染料敏化太陽(yáng)能電池，其特征在于，構(gòu)成所述陽(yáng)極基板的導(dǎo)體層包含多孔導(dǎo)電性金屬層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的染料敏化太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述第二染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層所擔(dān)載的染料具有比所述第一染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層所擔(dān)載的染料的光吸收波長(zhǎng)長(zhǎng)的光吸收波長(zhǎng)。
全文摘要
本發(fā)明提供了可提高光吸收效率并廉價(jià)制造的新結(jié)構(gòu)的串聯(lián)型染料敏化太陽(yáng)能電池。染料敏化太陽(yáng)能電池(10)從射入光的一側(cè)依次設(shè)置陽(yáng)極基板(12)、第一染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層(14)、電解液層(16a)、多孔支撐體層(18)、第二染料擔(dān)載多孔氧化物半導(dǎo)體層(20)、電解液層(16b)和陰極基板(22)。多孔支撐體層(18)擔(dān)載碘氧化還原催化劑層(19)。通過(guò)導(dǎo)體從導(dǎo)體層(12b)導(dǎo)出的電子導(dǎo)入陰極基板(22)，構(gòu)成例如照明用電池電路。
文檔編號(hào)H01M14/00GK102369630SQ201080008809
公開(kāi)日2012年3月7日 申請(qǐng)日期2010年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月11日
發(fā)明者山口能弘, 早瀨修二 申請(qǐng)人:國(guó)立大學(xué)法人九州工業(yè)大學(xué), 新日鐵化學(xué)株式會(huì)社