色素敏化太陽(yáng)能電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的色素敏化太陽(yáng)能電池具備具有光催化劑膜的工作電極、對(duì)電極、以及含有堿性化合物的含電解質(zhì)層或固體電荷移動(dòng)層，該光催化劑膜由含有下述通式(1)所示的色素化合物的氧化物半導(dǎo)體層形成。式中，Y為基團(tuán)中具有-CO-NR4-或-SO2-NR4-的可被取代的碳原子數(shù)為1～20的烴基或直接鍵合，Z為共軛系基團(tuán)，R1、R2以及R3表示可被取代的烴基或可被取代的烴氧基，R1、R2以及R3中的至少一個(gè)基團(tuán)為可被取代的烴氧基，R4表示氫原子或可具有取代基的碳原子數(shù)為1～20的烴基。
【專利說明】色素敏化太陽(yáng)能電池
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及在含電解質(zhì)層或固體電荷移動(dòng)層中具有堿性化合物的色素敏化太陽(yáng)能電池中，使用了含有具有特定結(jié)構(gòu)的敏化色素的氧化物半導(dǎo)體層的色素敏化太陽(yáng)能電池。
【背景技術(shù)】
[0002]色素敏化太陽(yáng)能電池(Dye-sensitized Solar Cell)由于具有以下優(yōu)點(diǎn):(I)估計(jì)制造成本是硅系太陽(yáng)能電池的1/5?1/10，廉價(jià)；(2)制造時(shí)的CO2排出量是單晶硅太陽(yáng)能電池的1/10以下，較少；(3)能量回收期或CO2回收期為多晶硅太陽(yáng)能電池的一半以下，較短；(4)原材料的資源制約少；(5)設(shè)計(jì)性、加工性優(yōu)異，大面積化容易；(6)具有與無定形硅太陽(yáng)能電池匹敵的10%以上的較高的光電轉(zhuǎn)換效率等，因此作為代替硅系太陽(yáng)能電池的下一代太陽(yáng)能電池正在被活躍地開發(fā)研究。
[0003]圖1、圖3以及圖4為示意地表示現(xiàn)有的色素敏化太陽(yáng)能電池的一個(gè)例子的截面結(jié)構(gòu)的圖，圖2是將圖1所示的色素敏化太陽(yáng)能電池的主要部位摘錄并放大而示出的圖。圖1所示的色素敏化太陽(yáng)能電池通過由層疊有導(dǎo)電層IlB以及金屬氧化物半導(dǎo)體層12的基板IlA構(gòu)成的工作電極10和對(duì)電極20隔著含電解質(zhì)層30對(duì)向配置而成，工作電極10以及對(duì)電極20中的至少一個(gè)為具有透光性的電極。圖3以及圖4所示的色素敏化太陽(yáng)能電池中，基板IlA透明時(shí)，導(dǎo)電層IlB沒必要透明，因此可以以低成本制備，因而受到關(guān)注。此夕卜，形成圖3或圖4的結(jié)構(gòu)時(shí)，導(dǎo)電層IlB需要使用多孔質(zhì)狀或格子狀的能夠通過電解質(zhì)成分的導(dǎo)電層(非專利文獻(xiàn)I以及2)。
[0004]如圖1和圖2所示，色素敏化太陽(yáng)能電池由工作電極(光電轉(zhuǎn)換元件)10和對(duì)電極20、夾在這兩個(gè)電極中的含電解質(zhì)層(電解液)30部分構(gòu)成。工作電極10如下制作:在玻璃等基板IlA表面形成有導(dǎo)電層IlB的導(dǎo)電層側(cè)涂布燒結(jié)納米尺寸的金屬氧化物半導(dǎo)體粒子12B，形成金屬氧化物半導(dǎo)體層12，利用化學(xué)、物理吸附將色素13固定化在該金屬氧化物半導(dǎo)體粒子上。對(duì)電極20為在玻璃等基材21表面上形成有導(dǎo)電層22的對(duì)電極，通過在導(dǎo)電層側(cè)實(shí)施催化量的鉬處理、或者導(dǎo)電性碳處理而制作。將工作電極10與對(duì)電極20重疊，在該電極10、20之間注入含有碘化合物的電解質(zhì)組合物(含電解質(zhì)層30)，從而制作太陽(yáng)能電池。
[0005]另外，色素敏化太陽(yáng)能電池的發(fā)電機(jī)理是:由通過太陽(yáng)光(可見光)照射而激發(fā)的敏化色素向金屬氧化物半導(dǎo)體的傳導(dǎo)帶中注入電子，所注入的電子通過光電極被導(dǎo)至外部電路，向?qū)﹄姌O移動(dòng)，介由電解質(zhì)組合物的氧化還原反應(yīng)，成為氧化狀態(tài)的敏化色素(色素陽(yáng)離子)接收電子、進(jìn)行再生。通過該循環(huán)，達(dá)成光電轉(zhuǎn)換。
[0006]但是，由于與目前市售的硅系太陽(yáng)能電池相比光電轉(zhuǎn)換效率低，因而色素敏化太陽(yáng)能電池仍未達(dá)到實(shí)用化。色素敏化太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率低的主要原因在于由氧化物半導(dǎo)體層向電解質(zhì)組合物及色素陽(yáng)離子的反向電子移動(dòng)所導(dǎo)致的電壓降低，為了抑制反向電子移動(dòng)、防止電壓下降，研究了在電解質(zhì)組合物中添加堿性化合物。[0007]通過添加堿性化合物，反向電子移動(dòng)被抑制，但是，存在容易引起吸附于金屬氧化物半導(dǎo)體上的敏化色素脫離的問題，嘗試了通過使在敏化色素中具有羧基、硅醇基等固定基，抑制從金屬氧化物上的脫離(專利文獻(xiàn)I~3)。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0009]專利文獻(xiàn)1:日本特開2008-063390號(hào)公報(bào)
[0010]專利文獻(xiàn)2:日本特開2010-027749號(hào)公報(bào)
[0011]專利文獻(xiàn)3:日本特開2011-026412號(hào)公報(bào)
[0012]非專利文獻(xiàn)
[0013]非專利文獻(xiàn)1:X.Fan,等.，Appl.Phys.Lett.，90，073501 (2007)
[0014]非專利文獻(xiàn)2:Y.Yoshida,等.，Appl.Phys.Lett.，94，093301-093302(2009)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]發(fā)明要解決的課題
[0016]因此，本發(fā)明的目的在于提供一種即使使用含有堿性化合物的含電解質(zhì)層或固體電荷移動(dòng)層時(shí)，也能夠抑制敏化色素脫離的色素敏化太陽(yáng)能電池。
[0017]用于解決課題的手段
[0018]本發(fā)明人進(jìn)行深入的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)具有特定的結(jié)構(gòu)的色素化合物與堿性化合物的組合，發(fā)現(xiàn)該組合能夠達(dá)到上述目的，從而完成本發(fā)明。
[0019]即，本發(fā)明提供一種色素敏化太陽(yáng)能電池，其是具備具有光催化劑膜的工作電極、對(duì)電極、以及含電解質(zhì)層或固體電荷移動(dòng)層的色素敏化太陽(yáng)能電池，其特征在于，上述含電解質(zhì)層或固體電荷移動(dòng)層含有堿性化合物，光催化劑膜由含有用下述通式(I)所示的色素化合物的氧化物半導(dǎo)體層形成。
[0020][化1]
[0021]
【權(quán)利要求】
1.一種色素敏化太陽(yáng)能電池，其特征在于，其具備具有光催化劑膜的工作電極、對(duì)電極、以及含電解質(zhì)層或固體電荷移動(dòng)層， 所述含電解質(zhì)層或固體電荷移動(dòng)層中含有堿性化合物，光催化劑膜由含有用下述通式(I)所示的色素化合物的氧化物半導(dǎo)體層形成，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的色素敏化太陽(yáng)能電池，其中，所述通式(I)中的Z用下述部分結(jié)構(gòu)式(2-1)~(2-5)中的任意一種表示，

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的色素敏化太陽(yáng)能電池，其中，所述部分結(jié)構(gòu)式(2-1)中的下述部分結(jié)構(gòu)式(3)為下述部分結(jié)構(gòu)(3-1)~(3-8)中的任意一種，
4.根據(jù)權(quán)利要求1~3中任意一項(xiàng)所述的色素敏化太陽(yáng)能電池，其中，堿性化合物為吡啶衍生物、咪唑衍生物或胍鹽。
5.根據(jù)權(quán)利要求1~4中任意一項(xiàng)所述的色素敏化太陽(yáng)能電池，其特征在于，含電解質(zhì)層為含溶劑的層，該溶劑中至少含有3-甲氧基丙腈、碳酸亞丙酯或3-甲基-1-丙基碘化咪唑鎗。
6.根據(jù)權(quán)利要求1~5中任意一項(xiàng)所述的色素敏化太陽(yáng)能電池，其中，構(gòu)成氧化物半導(dǎo)體層的氧化物半導(dǎo)體為氧化鈦或氧化鋅。
【文檔編號(hào)】H01G9/20GK103918050SQ201280053554
【公開日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2012年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月28日
【發(fā)明者】秋本賢作, 矢野亨, 坂卷功一 申請(qǐng)人:株式會(huì)社艾迪科