專利名稱：光電轉(zhuǎn)換元件及其制造方法,光學(xué)傳感器和太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電轉(zhuǎn)換元件及其制造方法，光學(xué)傳感器和太陽能電池。
背景技術(shù)：
至今為止，已經(jīng)提出了將光能轉(zhuǎn)換為電能的各種光電轉(zhuǎn)換元件。其中，已經(jīng)越來越積極地研究并開發(fā)太陽能電池以作為代替化石燃料的下一代清潔能源。目前付諸實(shí)際使用的太陽能電池具有使用無機(jī)半導(dǎo)體如硅的PN結(jié)型，但是比其他能源更高的發(fā)電成本已經(jīng)成為了其擴(kuò)展的障礙。因此，已經(jīng)提出了制造成本可大大下降的新型太陽能電池。在由瑞士洛桑聯(lián)邦理工大學(xué)的Graetzel等人于1991年提出的染料敏化太陽能電池(Graetzel型)中，使用相對廉價(jià)的材料和簡易的制造方法獲得了與無定形硅相同水平的轉(zhuǎn)換效率。因此，期望將Graetzel型染料敏化太陽能電池作為下一代太陽能電池而付諸實(shí)際使用。Graetzel型染料敏化太陽能電池包含其中在導(dǎo)電襯底上形成具有吸光功能的多孔半導(dǎo)體層吸收染料的光電極、與所述光電極相對并由導(dǎo)電材料形成的對電極、以及布置在兩種電極之間的電解質(zhì)層(電荷輸送層)。在Graetzel型染料敏化太陽能電池中，將電子從已經(jīng)吸收光的激發(fā)染料注入到半導(dǎo)體電極中，且電子通過電解質(zhì)中氧化還原劑的氧化反應(yīng)而移動到染料中。電解質(zhì)中的氧化還原劑在對電極中被再次還原，由此電池進(jìn)行工作。 使用染料敏化作用的這種光化學(xué)反應(yīng)電池在過去是已知的。然而，在Graetzel型染料敏化太陽能電池中，通過使用通過將微粒燒結(jié)為半導(dǎo)體電極而形成的多孔二氧化鈦電極可將有效的反應(yīng)表面積提高1000倍，由此提取更大的光電流。用于Graetzel型染料敏化太陽能電池中的染料的實(shí)例為包含專利文獻(xiàn)1中所述的過渡金屬絡(luò)合物的光譜敏化染料。更具體地，將作為聯(lián)吡啶絡(luò)合物的一種且作為敏化染料具有優(yōu)異效果的順式二(異硫氰酸根合)_ 二，2'-聯(lián)吡啶_4，4' -二羧酸酯)釕 (II)雙-四丁基銨絡(luò)合物(所謂的N719)典型地用作光譜敏化染料。另外，典型地使用作為聯(lián)吡啶絡(luò)合物的一種的順式二(異硫氰酸根合)_ 二，2'-聯(lián)吡啶_4，4' - 二羧酸酯)釕(II)(所謂的N3)和作為三吡啶絡(luò)合物的一種的三(異硫氰酸根合M2，2' :6'， 2"-三聯(lián)吡啶_4，4'，4〃 -三羧酸酯)釕(II)三-四丁基銨絡(luò)合物(所謂的黑色染料)。 近年來，已經(jīng)報(bào)道了不含金屬絡(luò)合物的有機(jī)材料如香豆素類材料的衍生物。關(guān)于用于Graetzel型染料敏化太陽能電池中的電解質(zhì)層，典型地使用將電解質(zhì)插入到半導(dǎo)體電極與對電極之間的方法，所述電解質(zhì)是通過將含碘和/或碘離子的氧化還原劑溶于腈類有機(jī)溶劑或揮發(fā)性低的離子液體中而得到的。因?yàn)閷⒕哂懈吒g性的碘用于這種方法中，所以專利文獻(xiàn)2公開了，通過凝膠化將電解質(zhì)制成擬固體，從而阻止液體泄漏至外部。還報(bào)道了，將2，2，6，6_四甲基哌啶N-氧基(TEMPO)自由基用作不含碘的氧化還原劑(非專利文獻(xiàn)1)。相關(guān)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)
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專利文獻(xiàn)1 日本特開平11-345991號公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開2002-289271號公報(bào)非專利文獻(xiàn)非專利文獻(xiàn) 1: “ The 2, 2,6,6-Tetramethyl-l-piperidinyloxy Radical :An Efficient, Iodine-Free Redox Mediator for Dye-Sensitized Solar Cells" ( "2,2, 6，6-四甲基-1-哌啶基氧基自由基用于染料敏化太陽能電池的有效的、不含碘的氧化還原介體，，)，Z. Zhang, P. Chen, Τ. N. Murakami, S. Μ. Zakeeruddin, Μ. Graetzel, Advanced Functional Materials,(先進(jìn)功能材料)第 18 卷，2008 年，第 341 346 頁。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題至今為止，已經(jīng)舉例說明了 Graetzel型染料敏化太陽能電池。已經(jīng)對這種光電轉(zhuǎn)換元件進(jìn)行了多種研究且在實(shí)用性方面還具有提升的空間。本發(fā)明的目的是提供實(shí)用性優(yōu)異的光電轉(zhuǎn)換元件。解決所述問題的手段根據(jù)本發(fā)明，提供一種光電轉(zhuǎn)換元件，其包含包含半導(dǎo)體層和透明導(dǎo)電襯底的光電極；和與所述光電極相對的對電極，其中將由通式1表示的硝?；杂苫衔镏饕庋b到光電極和對電極之間。
權(quán)利要求
1. 一種光電轉(zhuǎn)換元件，其包含 包含半導(dǎo)體層和透明導(dǎo)電襯底的光電極；和與所述光電極相對的對電極，其中由通式1表示的硝?；杂苫衔镏饕庋b在所述光電極與所述對電極之間，
2.如權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其中所述由通式1表示的硝酰基自由基化合物為由通式2表示的化合物
3.如權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其中所述由通式1表示的化合物含有由通式2表示的化合物
4.如權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其中所述由通式1表示的硝?；杂苫衔餅橛赏ㄊ?表示的化合物
5.如權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其中所述硝酰基自由基化合物以將其溶于選自有機(jī)溶劑、熔融鹽和離子液體中的一種或多種物質(zhì)中而得到的溶液的方式封裝在所述光電極與所述對電極之間。
6.如權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其中所述半導(dǎo)體層由含二氧化鈦的半導(dǎo)體材料形成。
7.一種光學(xué)傳感器，其包含權(quán)利要求1 6中任一項(xiàng)的光電轉(zhuǎn)換元件。
8.一種太陽能電池，其包含權(quán)利要求1 6中任一項(xiàng)的光電轉(zhuǎn)換元件。
9.一種制造光電轉(zhuǎn)換元件的方法，所述方法包括 準(zhǔn)備由多孔半導(dǎo)體材料形成的半導(dǎo)體電極；以與所述半導(dǎo)體電極相對的方式布置對電極；以及在所述半導(dǎo)體電極與所述對電極之間浸漬并封裝含染料和電解質(zhì)的液體，其中所述染料和電解質(zhì)含有由通式1表示的硝酰基自由基化合物
全文摘要
本發(fā)明提供一種光電轉(zhuǎn)換元件，其包含具有多孔半導(dǎo)體層(106)和透明電極(107)的光電極(101)以及以面對所述光電極(101)的方式布置的對電極(102)，其中將由通式1表示的硝酰基自由基化合物主要封裝在所述光電極(101)與所述對電極(102)之間。(在通式1中，A表示取代或未取代的芳基，且可含有氧、氮、硫、硅、磷、硼或鹵素原子中的一個或多個原子，且所述芳基可通過將多個芳基稠合而得到)。
文檔編號H01M14/00GK102341951SQ20108001085
公開日2012年2月1日 申請日期2010年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月6日
發(fā)明者中原謙太郎, 中村新, 小林憲司, 須黑雅博 申請人:日本電氣株式會社