專利名稱:光電極、染料增感太陽能電池及染料增感太陽能電池模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電極及采用其的染料增感太陽能電池和染料增感太陽能電池模塊。本發(fā)明的光電極適用于生產(chǎn)具有高轉(zhuǎn)換效率的染料增感太陽能電池。
背景技術(shù)：
常規(guī)地，硅晶體太陽能電池被公知為一種把光能直接轉(zhuǎn)換成電能的方法，并且被廣泛地用于低功率消耗和獨立電源及太空電源領(lǐng)域。然而，由于需要巨大的能量來生產(chǎn)非晶硅及硅單晶，所以有必要連續(xù)發(fā)電近十年的長時間，以便重新獲得制造電池所消耗的能量。
在這種情況下，利用染料的染料增感太陽能電池受到普遍注意。該染料增感太陽能電池主要由形成在透明基板上的透明導(dǎo)電層上承載增感染料的半導(dǎo)體多孔電極、相對電極和夾設(shè)在這些電極之間的載流子傳輸層，并且因為制作方法簡單和低材料成本被期望成為下一代太陽能電池。
在非專利文獻1中，有染料增感太陽能電池制作方法的描述，其中諸如過渡金屬絡(luò)合物(complex)的增感染料吸著在鈦氧化物的表面上。用這種方法，通過將形成在透明基板上的透明導(dǎo)電層中的鈦氧化物多孔電極浸沒在溶解有增感染料的溶劑中，多孔電極承載增感染料。然后，包含氧化還原系統(tǒng)的電解液被逐滴地加入，并且通過在多孔電極上覆蓋相對電極而制備太陽能電池。
在該太陽能電池中，當可見光輻射到光電極時，半導(dǎo)體表面上的增感染料吸收光，且因此激發(fā)染料分子中的電子，并且被激發(fā)的電子注入到光電極中。這樣，在該電極側(cè)上產(chǎn)生電子，并且該電子通過電路移動到相對電極。傳輸?shù)较鄬﹄姌O的電子通過載流子傳輸層中的空穴或離子傳輸，并返回到光電極。如此過程反復(fù)執(zhí)行，并且電能被提取出以實現(xiàn)高能量轉(zhuǎn)換效率。然而，為了將該方法作為太陽能電池而商業(yè)化，進一步改進轉(zhuǎn)換效率是關(guān)鍵的，且因此期望增加產(chǎn)生的電流(短路電流)和斷路電壓。
為了增加產(chǎn)生的電流的目的，例如在專利文獻1中，提出一種染料增感太陽能電池，其旨在要通過提供包含具有平均顆粒直徑為例如200至500nm的大半導(dǎo)體顆粒作為平面上的組成材料的層(光反射顆粒層)來構(gòu)成光電極，該平面遠離包含具有平均顆粒直徑為例如小于或等于80nm的小半導(dǎo)體顆粒作為組成材料的光電極的光接收平面(光吸收顆粒層)，并通過由光反射顆粒散射進入光電極的入射光來改善入射光的吸收效率。
并且，在專利文獻2中，提出一種染料增感太陽能電池，其旨在通過在光電極中一起設(shè)置具有大顆粒直徑的半導(dǎo)體顆粒(平均顆粒直徑10至300nm)與具有小顆粒直徑的半導(dǎo)體顆粒(平均顆粒直徑小于或等于10nm)從而散射進入到光電極中的入射光來改善入射光的吸收效率。
此外，在專利文獻3中和專利文獻4中，通過堆疊多層(三層或更多)，該多個層在構(gòu)成半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體顆粒的平均顆粒直徑上彼此不同，從而改善了在半導(dǎo)體層中的光限制效應(yīng)，并增加了產(chǎn)生的電流。
專利文獻1特開平10-255863號公報專利文獻2特開平2000-106222號公報專利文獻3特開平2002-222968號公報專利文獻4特開平2002-352868號公報非專利文獻J.Am.Ceram.Soc.，80(12)，p3157-3171(1997)
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題然而，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在以上的任何方法中，對于電池來說不能獲得足夠的能量轉(zhuǎn)換效率，因為由散射顆粒不但有光向半導(dǎo)體層的內(nèi)部散射而且由散射顆粒光也向半導(dǎo)體層的外部散射，特別是在垂直于入射光方向的平面方向上，且不能充分地實現(xiàn)光限制效應(yīng)。并且，當半導(dǎo)體層的層厚度變厚以便改善增感染料的光吸收時，上述問題變得更顯著，且因此為了改善能量轉(zhuǎn)換效率，減少向半導(dǎo)體層外部散射光是重要的。就上述的問題作出了本發(fā)明，且本發(fā)明提供了一種光電極，通過抑制向半導(dǎo)體外散射光，其可用于生產(chǎn)具有增加產(chǎn)生的電流和高光電極轉(zhuǎn)換效率的染料增感太陽能電池。
解決問題的手段本發(fā)明的光電極具有導(dǎo)電基板和形成在該導(dǎo)電基板上的半導(dǎo)體層，該半導(dǎo)體層由半導(dǎo)體顆粒形成，該半導(dǎo)體層具有多層，該多層在半導(dǎo)體顆粒的平均顆粒直徑上彼此不同，設(shè)置在遠離該基板的位置的該多層的遠位層覆蓋設(shè)置在接近該基板的位置該多層的近位層的側(cè)面的至少一部分。
發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，可以抑制光從近位層的側(cè)面離開和改善光的利用效率。
圖1A至1E是分別顯示本發(fā)明的光電極(兩層結(jié)構(gòu))結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖2A至2E是分別顯示本發(fā)明的光電極(三層結(jié)構(gòu))結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖3是顯示本發(fā)明的染料增感太陽能電池結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖4是顯示本發(fā)明的實例1的光電極(兩層結(jié)構(gòu))結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖5A至5B是分別顯示本發(fā)明實例2的光電極(兩層結(jié)構(gòu))結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖6是顯示本發(fā)明實例3的光電極(三層結(jié)構(gòu))結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖7是顯示本發(fā)明實例4的光電極(三層結(jié)構(gòu))結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖8是顯示本發(fā)明實例6的染料增感太陽能電池模塊(四電池串聯(lián))結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖9是顯示本發(fā)明實例7的染料增感太陽能電池模塊(五電池串聯(lián))結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖10A和10B是顯示本發(fā)明實例7的染料增感大陽能電池模塊(五電池串聯(lián))結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖11是顯示本發(fā)明比較實例1的光電極(二層結(jié)構(gòu))結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖12是顯示本發(fā)明比較實例2的光電極(三層結(jié)構(gòu))結(jié)構(gòu)的剖面圖。
簡單符號說明1、21、23導(dǎo)電基板，1a、21a、23a支撐基板，1b、21b、23b導(dǎo)電層，3、13半導(dǎo)體層，3a近位層，3b遠位層，5光電極，7相對電極，7a支撐基板，7b導(dǎo)電層，7c催化劑層，9載流子傳輸層，11分隔體，13a第一層，13b第二層，13c第三層，15連接層，17開口，25劃線。
具體實施方式1、光電極本發(fā)明的光電極具有導(dǎo)電基板和形成在該導(dǎo)電基板上的半導(dǎo)體層，該半導(dǎo)體層由半導(dǎo)體顆粒形成，該半導(dǎo)體層有多層，該多層在半導(dǎo)體顆粒的平均顆粒直徑上彼此不同，設(shè)置在遠離該基板的位置的該多層的遠位層覆蓋設(shè)置在接近該基板的位置該多層的近位層的側(cè)面的至少一部分。
首先，通過利用圖1和2，將例示本發(fā)明光電極的具體結(jié)構(gòu)。圖1和2只是范例，而本發(fā)明的范圍不限于圖1和2的結(jié)構(gòu)。參看圖1和2，本發(fā)明的光電極具有導(dǎo)電基板1和形成在該導(dǎo)電基板1上的半導(dǎo)體層3或13，半導(dǎo)體層由半導(dǎo)體顆粒形成。導(dǎo)電基板1具有支撐基板1a和形成在其上的導(dǎo)電層1b。在圖1中，半導(dǎo)體層3具有近位層3a和遠位層3b。在圖2中，半導(dǎo)體層13從基板依次具有第一、第二和第三層13a、13b和13c，例如，第一層13a是近位層，而第二層13b或第三層13c是遠位層。并且，第二層13b可以指定為近位層而第三層13c可以指定為遠位層。
本發(fā)明的范圍包括所有的圖1A至1E。因此，本發(fā)明的范圍包括如圖1B所示在近位層3a側(cè)面上遠位層3b的厚度不固定的情況；如圖1C所示近位層3a的側(cè)面之一被完全暴露的情況；如圖1D所示僅近位層3a的側(cè)面的一部分被覆蓋的情況；以及如圖1E所示遠位層3b被分成多部分或遠位層3b設(shè)置有開口的情況。
本發(fā)明的范圍包括所有的圖2A至2E。因此，本發(fā)明的范圍也包括如圖2B和2C所示在近位層(第一層)13a側(cè)面的遠位層(第二或第三層)13b或13c的厚度不固定的情況；如圖2D所示近位層(第二層)13b的側(cè)面之一被完全暴露的情況；如圖2E所示僅近位層(第二層)13b的側(cè)面的一部分被覆蓋的情況。
半導(dǎo)體層可以為如圖1和2所示的兩層結(jié)構(gòu)或三層結(jié)構(gòu)，或可以為四層或更多層的結(jié)構(gòu)。
同樣，本發(fā)明可以按如下描述的兩個實施方式實現(xiàn)。
1-1.第一實施方式在第一實施方式的光電極中，包含在遠位層中的半導(dǎo)體顆粒的平均顆粒直徑大于包含在近位層中的半導(dǎo)體顆粒的平均顆粒直徑。
在第一實施方式中，光通常從導(dǎo)電基板側(cè)進入，并且部分光在近位層中吸收，而其余的光穿過近位層并到達遠位層。因為遠位層包括有較大的平均顆粒直徑的半導(dǎo)體顆粒，所以遠位層很可能散射(或反射)入射光。因此，進入遠位層的大多數(shù)光被散射并返回到近位層。但是，部分的散射光向垂直于入射光方向的平面方向上進行傳播。在常規(guī)的光電極中，向平面方向上散射的光直地離開光電極而不能有效地利用。根據(jù)本發(fā)明的第一例，由于近位層側(cè)面用很可能散射光的遠位層覆蓋，向平面方向上散射的光在近位層的側(cè)面上散射并再次返回進入到近位層中。因此，根據(jù)本發(fā)明的第一例，可以有效地限制光，并改善光的利用效率。
1-1-1.導(dǎo)電基板導(dǎo)電基板具有例如支撐基板和形成其上的導(dǎo)電層。在第一實施方式中，由于光通常從導(dǎo)電基板側(cè)進入，支撐基板和導(dǎo)電層通常為半透明。支撐基板由玻璃基板或塑料基板形成，并且其厚度不特別地限制，只要其可以賦予光電極所需的強度。導(dǎo)電層的例子包括諸如ITO(銦錫氧化物)、SnO2和ZnO2等的導(dǎo)電材料膜。導(dǎo)電層由通常的方法形成，并且其約為0.1μm至0.5μm的層厚是適當?shù)摹?br> 1-1-2.半導(dǎo)體層半導(dǎo)體層由多層組成，多層在它們的半導(dǎo)體顆粒的平均顆粒直徑上彼此不同。
作為半導(dǎo)體顆粒，可使用任何種類的顆粒，只要其通常用于光電極轉(zhuǎn)換材料，并且半導(dǎo)體顆粒的例子包括簡單化合物，諸如鈦氧化物、鋅氧化物、錫氧化物、鈮氧化物、鋯氧化物、鈰氧化物、鎢氧化物、硅氧化物、鋁氧化物、鎳氧化物、鈦酸鋇、鈦酸鍶、硫化鎘、CuAlO2和SrCu2O2，或它們的組合。從穩(wěn)定性和安全性的觀點看優(yōu)選鈦氧化物。鈦氧化物包括各種詳細定義的鈦氧化物，諸如銳鈦礦型鈦氧化物、金紅石型鈦二氧化物、非晶鈦氧化物、偏鈦酸鹽酸和原鈦酸，以及鈦氫氧化物和含水鈦氧化物。
半導(dǎo)體顆粒的平均顆粒直徑通?？梢酝ㄟ^在諸如水和乙醇的溶劑中分散導(dǎo)體顆粒以制備膠狀溶液并用光散射測量儀(OTSUKA電子有限公司制造)分析激光的動態(tài)光散射來確定。
“多層”包括設(shè)置在遠離基板位置的遠位層和設(shè)置在靠近基板位置的近位層。遠位層不必相鄰近位層。例如，當三個層形成在導(dǎo)電基板上時，最靠近基板的層可以指定為近位層。最遠離基板的層可以指定為遠位層。遠位層和近位層都優(yōu)選以多孔膜形式形成。并且，包含在遠位層中的半導(dǎo)體顆粒的平均顆粒直徑大于包含在近位層中的半導(dǎo)體顆粒的平均顆粒直徑。包含在遠位層中的半導(dǎo)體顆粒的平均顆粒直徑優(yōu)選為100nm或更大。其原因在于這種情況下，遠位層可以充分發(fā)揮散射光的效果。并且，包含在近位層中的半導(dǎo)體顆粒的平均顆粒直徑優(yōu)選為50nm或更小。其原因在于在這種情況下，近位層具有充分高的光吸收效果。
并且，包含在遠位層中的半導(dǎo)體顆粒的平均顆粒直徑優(yōu)選比包含在近位層中的大10nm或更多，更優(yōu)選大20nm或更多，更優(yōu)選大30nm或更多，更優(yōu)選大40nm或更多，更優(yōu)選大50nm或更多。
近位層和遠位層優(yōu)選應(yīng)采用這樣一種結(jié)構(gòu)，其中這些層的各自的側(cè)視面向垂直于如圖1A至1E和2A至2E所示導(dǎo)電基板主平面的方向傾斜。其原因是在這種結(jié)構(gòu)中，(1)覆蓋近位層側(cè)面的遠位層的形成簡易，(2)該形狀(拋物線型)有可能捕獲入射光，和(3)與近位層和遠位層的截面為矩形的情況相比電解液有可能滲透?？紤]到電解液的滲入，可以采用如圖1E的結(jié)構(gòu)。
遠位層覆蓋近位層側(cè)面的至少一部分?！皞?cè)面”是指半導(dǎo)體層和導(dǎo)電基板的接觸面或基本平行于接觸面的面以外的面。具體地講，“側(cè)面”是指例如與前述的接觸面形成預(yù)定的角度(例如45°)或更高角度的面。遠位層覆蓋近位層側(cè)面的面積百分比優(yōu)選為20％或更大，更優(yōu)選為50％或更大，進一步優(yōu)選為80％或更大。這一百分比的原因是即使覆蓋面積的百分比大約為20％，本發(fā)明才呈現(xiàn)出效果，并且如果覆蓋面積的百分比為50％或更高或80％或更高，本發(fā)明呈現(xiàn)出的效果達到更高程度。
接下來，下面將描述形成半導(dǎo)體層(近位層和遠位層)方法的例子。例如，通過涂布包含半導(dǎo)體顆粒的懸浮液到半導(dǎo)體基板上并干燥和/或烘干懸浮液的方法，可以形成半導(dǎo)體層。以下，將更詳細地描述方法。
首先，近位層形成在導(dǎo)電基板上。具體地講，首先用于形成近位層的半導(dǎo)體顆粒懸浮在適當?shù)娜軇┲?。這樣的溶劑的例子包括諸如乙二醇甲醚的甘醇二甲醚溶劑、諸如異丙醇的乙醇、諸如異丙醇/甲苯的乙醇混合溶劑、和水。形成近位層的涂布半導(dǎo)體顆粒懸浮液到基板上的方法包括眾所周知的流延法、橡膠滾軸壓法、旋涂法和絲網(wǎng)印刷術(shù)法。然后，所涂布的懸浮液被干燥和烘焙。干燥和烘焙需要的溫度、時間和氣氛可以根據(jù)基板的種類和所使用的半導(dǎo)體顆粒適當?shù)卣{(diào)整，例如，在約50至800℃的溫度下大氣中或惰性氣體的氣氛下可以進行10秒至12小時的干燥和烘焙。干燥和烘焙在單一溫度下僅可以執(zhí)行一次，或在不同溫度下可以執(zhí)行兩次或多次。當近位層由多層組成時，制備在懸浮液中的半導(dǎo)體顆粒的平均顆粒直徑彼此不同的多種懸浮液，并且干燥和烘焙的實施步驟可以重復(fù)兩數(shù)或多次。
近位層的厚度不具體限制，并且其包括例如約0.1μm至100μm的厚度。并且，從另一觀點看，近位層優(yōu)選具有大的表面積，且其優(yōu)選具有例如約10至200m2/g的表面積。
其次，形成覆蓋近位層側(cè)面至少一部分的遠位層。具體地講，首先，將Kapton帶或修補帶粘貼到在上述步驟中制備的近位層周圍的外側(cè)，在帶和近位層之間留有間隔，以制備待涂布的半導(dǎo)體層的外部框。接下來，懸浮液中的半導(dǎo)體顆粒的平均顆粒直徑彼此不同的每種懸浮液被逐滴地加入到帶和近位層之間的空間和整個近位層，并且通過流延法涂布懸浮液。如果采用絲網(wǎng)印刷，可以以準備大于用于形成近位層的絲網(wǎng)掩模的絲網(wǎng)掩模來涂布懸浮液。然后，所涂布的懸浮液如近位層的形成被干燥和烘焙。
1-1-3.增感染料增感染料優(yōu)選吸著在半導(dǎo)體層上。作為增感染料，可以使用在可見光區(qū)域和/或紅外線區(qū)域中具有吸著的各種增感染料。有機染料的例子包括偶氮染料、奎寧染料、醌亞胺染料、喹吖酮染料、角鯊烯類(Squarylium)染料、青色素染料、部花青染料、三苯甲烷染料、氧雜蒽染料、卟啉染料、二萘嵌苯染料、靛青染料和酞菁染料。在金屬絡(luò)合物染料的情況，使用諸如Cu、Ni、Fe、Co、V、Sn、Si、Ti、Ge、Cr、Zn、Ru、Mg、Al、Pb、Mn、In、Mo、Y、Zr、Nb、Sb、La、W、Pt、Ta、Ir、Pd、Os、Ga、Tb、Eu、Rb、Bi、Se、As、Sc、Ag、Cd、Hf、Re、Au、Ac、Tc、Te和Rh，并且優(yōu)選使用酞菁染料和二吡啶釕(ruthenium bipyridine)染料。
在前述的增感染料中更優(yōu)選二吡啶釕染料，特別優(yōu)選釕535染料、釕535-bisTBA染料和釕620-1H3TBA染料。
在本發(fā)明中，需要具有聯(lián)鎖(interlock)基的化合物，諸如在染料分子中的羰基、烷氧基、氫氧基、磺酰基、酯基、含巰基和磷(phosphonyl)基，來吸著在半導(dǎo)體上的染料。在半導(dǎo)體表面上吸著增感染料之前，可以按需要施加激活半導(dǎo)體表面的處理。在半導(dǎo)體表面上吸著增感染料的步驟中，通過在包含增感染料的液體中浸沒半導(dǎo)體，增感染料吸著在半導(dǎo)體表面上。前述的液體可以為要使用的溶解增感染料的一種，并且具體地為有機溶劑，諸如乙醇、甲苯、乙腈、THF(四氫呋喃)、氯仿和二甲基甲酰胺。通常，優(yōu)選使用純化的溶劑用作前述的溶劑。在溶劑中染料的濃度可以根據(jù)要使用的染料或溶劑的種類或吸著染料步驟的條件來調(diào)節(jié)。染料的濃度優(yōu)選為1×10-5mol/liter(摩爾/公升)或更大。
在包含增感染料的液體中浸沒半導(dǎo)體的步驟中，溫度、壓力和浸沒時間可以按需修改。浸沒可以進行一次或兩次或多次。并且，干燥可以在浸沒步驟后相應(yīng)地執(zhí)行。通過上面描述的方法吸著在半導(dǎo)體上的染料用作通過光能向半導(dǎo)體傳輸電子的增感劑。通常，染料通過聯(lián)鎖基固定到半導(dǎo)體上。聯(lián)鎖基提供電子結(jié)合以促進在激態(tài)的染料與半導(dǎo)體的導(dǎo)帶之間電子移動。
1-2.第二實施方式在第二實施方式的光電極中，包含在遠位層中的半導(dǎo)體顆粒的平均顆粒直徑小于包含在近位層中的半導(dǎo)體顆粒的平均顆粒直徑。
在第二實施方式中，光通常從導(dǎo)電基板的相對側(cè)(即遠位層側(cè))進入，并且部分光在遠位層中吸收，而其余的光穿過遠位層并到達近位層。因為近位層包括有較大的平均顆粒直徑的半導(dǎo)體顆粒，所以近位層很可能散射入射光。因此，進入近位層的大多數(shù)光被散射并返回到遠位層。但是，部分的散射光向垂直于入射光方向的平面方向進行行進。在常規(guī)的光電極中，向平面方向上散射的光直地離開光電極而不能有效地利用。根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式，近位層側(cè)面用包含具有較小平均顆粒直徑(即高效地吸收入射光)的半導(dǎo)體顆粒的遠位層覆蓋。因此，向平面方向上散射的光在覆蓋近位層側(cè)面的遠位層上高效地吸收。因此，根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式，可以有效地吸收光和改善光的利用效率。
1-2-1.導(dǎo)電基板第一實施方式中的描述基本上適用于第二實施方式。然而，在第二實施方式中，由于光通常從導(dǎo)電基板的對側(cè)進入，支撐基板和導(dǎo)電層在這種情況下不需要為半透明。因此，在第二實施方式中，也可以使用金屬基板作為支撐基板，并且具有較大層厚度的透明導(dǎo)電層或柵電極也可以被用作導(dǎo)電層。
1-2-2.半導(dǎo)體層第二實施方式中的半導(dǎo)體層基本上類似于第一實施方式，除了在第二實施方式中包含在遠位層中的半導(dǎo)體顆粒的平均顆粒直徑小于包含在近位層中的半導(dǎo)體顆粒的平均顆粒直徑以外。因此，第一實施方式的描述基本上適用于第二實施方式。
此外，在第二實施方式中，包含在遠位層中的半導(dǎo)體顆粒的平均顆粒直徑優(yōu)選為50nm或更小。其原因是在這種情況下，在近位層的側(cè)面，遠位層具有相當高的吸收光的效果。并且，包含在近位層中的半導(dǎo)體顆粒的平均顆粒直徑優(yōu)選為100nm或更大。其原因是在這種情況下，近位層具有相當高的光散射效果。
并且，包含在近位層中的半導(dǎo)體顆粒的平均顆粒直徑優(yōu)選大于在遠位層中的10nm或更大，更優(yōu)選大于20nm或更大，更優(yōu)選大于30nm或更大，更優(yōu)選大于40nm或更大，更優(yōu)選大于50nm或更大。
1-2-3.增感染料與第一實施方式中同樣的增感染料也可以用于第二實施方式中，并且在第一實施方式中的描述基本上適用于第二實施方式。
2、染料增感太陽能電池本發(fā)明的染料增感太陽能電池包括上面描述的光電極，更具體地，其包括上面描述的光電極、相對該光電極的相對電極和夾設(shè)在這兩個電極之間的載流子傳輸層。首先，將通過利用圖3，例示本發(fā)明的染料增感太陽能電池的具體結(jié)構(gòu)。圖3只是范例，而本發(fā)明的范圍不限于圖3的結(jié)構(gòu)。參見圖3，本發(fā)明的染料增感太陽能電池包括光電極5、相對該光電極5的相對電極7和夾設(shè)在這兩個電極之間的載流子傳輸層9。光電極5具有導(dǎo)電基板1和半導(dǎo)體層3或13。導(dǎo)電基板1包括支撐基板1a和導(dǎo)電層1b。半導(dǎo)體層3或13具有包含近位層和遠位層的多層。相對電極7具有依次形成在其上的支撐基板7a、導(dǎo)電層7b和催化劑層7c。感光電極5和相對電極7以規(guī)定間隔設(shè)置，在這兩個電極之間插入分隔體11。光從光電極5側(cè)或相對電極7側(cè)進入。
2-1.相對電極相對電極具有例如支撐基板，以及依次形成在其上的導(dǎo)電層和催化劑層。當光從光電極側(cè)進入時，相對電極不必為半透明，而當光從相對電極側(cè)進入時，相對電極通常需要是半透明(因此，使用了具有半透明性的支撐基板和導(dǎo)電層)。支撐基板由玻璃基板和塑料基板等形成，而其厚度不特別限制，只要其能給光電極提供適當?shù)膹姸?。?dǎo)電層可以由例如n型或p型元素半導(dǎo)體(例如硅、鍺等)或化合物半導(dǎo)體(例如GaAs、InP、ZnSe、CsS等)；金屬，諸如金、鉑、銀、銅、鋁等；高熔點金屬，諸如鈦、鉭、鎢等；和透明導(dǎo)電材料，諸如ITO(銦錫氧化物)、SnO2、CuI、ZnO等形成。這些導(dǎo)電層由通常的方法形成，并且它們的層厚度約0.1μm至5μm為合適。
催化劑層的材料可以選自鉑，碳黑，科琴黑(Ketjenblack)，碳納米管和富勒烯(fullerene)。當選擇鉑時，催化劑層的例子包括催化劑層，其中通過諸如濺射法、氯化鉑的熱分解和電鍍等方法，鉑膜形成于采用導(dǎo)電層涂布的支撐基板上。這種情況的鉑膜的膜厚度的實例包括約1nm至100nm。當催化劑層的電導(dǎo)電率高時，導(dǎo)電層是不必要的。
2-2.載流子傳輸層作為用于本發(fā)明中的載流子傳輸層，可以使用任何種類的物質(zhì)，只要它可以傳輸電子、空穴或離子。具體地，可以使用諸如液體電解液和聚合體電解液的離子導(dǎo)電體。作為離子導(dǎo)電體，氧化還原材料更好，并且其不特別限制，只要它是通?？梢杂糜陔姵鼗蛱柲茈姵氐碾娊庖?，并且具體地包括金屬碘化物的組合，諸如LiI、NaI、KI或CaI2和碘，以及金屬溴化物的組合，諸如LiBr、NaBr、KBr、或CaBr2和溴。此外，優(yōu)選LiI的化合物和碘。
含氮芳香化合物諸如磷酸三丁酯(TBP)，或咪唑鹽諸如DMPII、MPII、EMII和HMII可以添加為至今使用的添加劑。
電解液的濃度適當為0.01至1.5mol/liter，并且優(yōu)選為0.1至0.7mol/liter。
3、染料增感太陽能電池模塊本發(fā)明的染料增感太陽能電池模塊具有導(dǎo)電基板和形成在導(dǎo)電基板上的多個半導(dǎo)體層，多個半導(dǎo)體層由半導(dǎo)體顆粒形成，多個半導(dǎo)體層中的至少一層具有多層，多層在半導(dǎo)體顆粒的平均顆粒直徑上彼此不同，設(shè)置在遠離該基板的位置的該多層的遠位層覆蓋設(shè)置在接近該基板的位置該多層的近位層的側(cè)面的至少一部分。
例如在結(jié)構(gòu)中，當太陽能電池串聯(lián)連接時，通過電解液、用于絕緣相鄰太陽能電池間的絕緣層或用于在相對電極和導(dǎo)電電極間導(dǎo)電的連接層的光學(xué)吸收存在。因此，優(yōu)選在半導(dǎo)體層中設(shè)置具有不同顆粒直徑的半導(dǎo)體顆粒，并吸收一旦進入的全部光而不從半導(dǎo)體層上散射。
以下，將通過下面的實例的方式詳細描述本發(fā)明，但本發(fā)明不限于這些實例。
實例1圖4是示出本發(fā)明實例1的光電極結(jié)構(gòu)的剖面圖。該實例的光電極具有導(dǎo)電基板1和半導(dǎo)體顆粒的半導(dǎo)體層3，其形成在導(dǎo)電基板1上。導(dǎo)電基板1具有支撐基板1a和形成在其上的導(dǎo)電層1b。半導(dǎo)體層3具有近位層3a和遠位層3b，并且包含在遠位層3b中的半導(dǎo)體顆粒的平均顆粒直徑大于包含在近位層3a中的半導(dǎo)體顆粒的平均顆粒直徑。
該光電極按下面描述的過程來制備。通過利用該光電極，制備具有類似于圖3中的結(jié)構(gòu)的10mm×10mm規(guī)格的染料增感太陽能電池。
1.導(dǎo)電基板制備導(dǎo)電基板1(厚度1.1mm，由Nippon sheet glass有限公司生產(chǎn))，其中摻雜氟的(fluorine-doped)SnO2半導(dǎo)體層1b(層厚520nm)形成在玻璃基板上作為支撐基板。
2.半導(dǎo)體層的制備接下來，半導(dǎo)體層3按下面描述的過程形成在導(dǎo)電基板1上。
2-1.半導(dǎo)體顆粒懸浮液的制備125ml鈦異丙氧化物(由KISHIDA化學(xué)有限公司生產(chǎn))和作為PH調(diào)節(jié)劑的750ml的0.1M硝酸的水溶液(由KISHIDA化學(xué)有限公司生產(chǎn))被混合，并且所得的混合物被加熱到80℃并保持在此溫度8小時，以允許鈦異丙氧化物的水解反應(yīng)進行來制備溶膠液。接下來，溶膠溶液在鈦高壓滅菌器中保持在230℃持續(xù)11小時以使顆粒生長。接下來，通過30分鐘的超聲分散制備包含具有平均顆粒直徑為15nm的TiO2顆粒的膠體溶液I，并且雙份量的乙醇加入到膠體溶液I中，并且混合劑以5000rpm(轉(zhuǎn)/分)被離心分離以制備鈦氧化物顆粒。此外，包含在膠體溶液中的TiO2顆粒的平均顆粒直徑通過光散射測量儀(由OTSUKA電子有限公司制造)決定，并分析激光的動態(tài)光散射。
然后，除了改變高壓滅菌器中的反應(yīng)條件外，通過遵循與上述膠體溶液I同樣的過程制備包含具有平均顆粒直徑為105nm的TiO2顆粒(顆粒生長條件200℃和13小時，銳鈦礦，以下稱為P2)的膠體溶液(以下稱為膠體溶液II)和包含具有平均顆粒直徑為310nm的TiO2顆粒(顆粒生長條件210℃和17小時，銳鈦礦，以下稱為P3)的膠體溶液(以下稱為膠體溶液III)。此外，上述的膠體溶液I和上述的膠體溶液II按90∶10的重量比混合來制備膠體溶液A，按80∶20的重量比來制備膠體溶液B，上述的膠體溶液I和上述的膠體溶液III按90∶10的重量比混合來制備膠體溶液C，按80∶20的重量比來制備膠體溶液D。
用于懸浮這些半導(dǎo)體顆粒以制備漿料的溶劑的實例包括諸如乙二醇甲醚的甘醇二甲醚溶劑、諸如異丙醇的乙醇、諸如異丙醇/甲苯的混合溶劑、和水。具體地，可以按以下描述的步驟制備漿料。
通過上述步驟制備的鈦氧化物顆粒被清洗，并加入由溶解乙基纖維素(由KISHIDA化學(xué)有限公司生產(chǎn))和純乙醇中的松油醇形成的溶劑，并且攪拌混合物以分散鈦氧化物顆粒。然后，在40mbar的真空中50℃下蒸發(fā)所得分散的乙醇，以從膠體溶液I至III和膠體溶液A至D制作鈦氧化物漿料(懸浮物I至III和懸浮物A至D)。漿料的濃度以這樣的方式調(diào)整，使得鈦氧物固體成分的重量含量占20％，乙基纖維素的重量含量占10％，松油醇的重量含量占64％，作為最終組成。
2-2.半導(dǎo)體顆粒的平均顆粒直徑的測量為了測量半導(dǎo)體顆粒的平均顆粒直徑，通過流延法把上述的懸浮液I至III和A至D中的每一種涂布到SnO2導(dǎo)電層1b上，然后干燥。然后，所涂布的懸浮液在大氣中450℃下烘焙30分鐘，以形成半導(dǎo)體層。對于這些光電極，在25.28°角(相對于銳鈦礦101平面)的衍射角處的一個峰的半寬度用X線衍射設(shè)備以θ/2θ的測量法確定，并且平均顆粒直徑來自半寬度值和Scherrer等式。結(jié)果如表1所示。
表1懸浮液 I II III A B C D平均顆粒直徑(nm) 14.2 115 229 23.7 32.9 40.1 71.22-3.半導(dǎo)體顆粒懸浮液的涂布和烘焙接下來，修補帶(由Sumitomo 3M有限公司生產(chǎn)，型號810-3-24)粘貼在SnO2導(dǎo)電層1b上，以形成一個9.5mm×9.5mm的開口，并且通過流延法涂布上述的懸浮液I，然后干燥。然后，所涂布的懸浮液在大氣中450℃下烘焙30分鐘，以形成近位層3a。
接下來，修補帶粘貼到近位層周邊的外面，在帶和近位層之間離開1mm的間隔，以制備形成遠位層3b的外框。接下來，懸浮液A被以充足的量逐滴地加入到開口中，并且通過流延法涂布懸浮液，然后干燥。然后，所涂布的懸浮液在大氣壓中450℃下烘焙30分鐘，以形成遠位層，來制備不包含增感染料的光電極(層厚度為15μm，尺寸為10mm×10mm)。
3.光電極上增感染料的吸著按如下描述的方式，增感染料吸著在光電層3上。首先，釕535-bisTBA染料(由Solaronix S.A.生產(chǎn))被用作增感染料，并制備該染料的乙醇溶液(增感染料的濃度為4×10-4mol/liter)。接下來，在上述步驟中獲得的光電極被浸沒在溶液中，并維持在80℃下持續(xù)20小時。因此，光電極的內(nèi)部以約7×10-8mol/cm2的量吸著了增感染料。然后光電極用乙醇(由Aldrich化學(xué)公司生產(chǎn))清洗并干燥，以吸著光電極上的增感染料。
4.太陽能電池的制備接下來，通過利用在上述步驟中獲得的光電極，制備具有如圖3所示結(jié)構(gòu)的太陽能電池。具體步驟如下。
4-1.電解液的制備通過在乙腈(由Aldrich化學(xué)公司生產(chǎn))中溶解濃度為0.6mol/liter的DMPII(由SHIKOKU化學(xué)公司生產(chǎn))、濃度為0.1mol/liter的鋰碘化物(由Aldrich化學(xué)公司生產(chǎn))、濃度為0.05mol/liter的碘(由Aldrich化學(xué)公司生產(chǎn))和濃度為0.5mol/liter的TBP(由Aldrich化學(xué)公司生產(chǎn))，制備將用作圖3的載流子傳輸層9的氧化還原電解液。
4-2.相對電極的制備和填充電解液與光電極5具有相同形狀和尺寸的相對電極7經(jīng)過在透明導(dǎo)電基板上濺射形成作為催化劑層7c的鉑膜(鉑膜的厚度；3000nm)來形成，其中導(dǎo)電層7b形成在玻璃基板7a上。制備具有適合光電極5的導(dǎo)電基板1尺寸結(jié)構(gòu)的分隔體11(由DuPont-Mitsui Polychemicals Co.，Ltd.，商品名稱“HIMILAN”，膜厚度為30μm)，使得外框尺寸為17mm×17mm，開口為12mm×12mm，并且光電極5和相對電極7設(shè)置在分隔體11的對側(cè)，如圖3所示，而上述的電解液填充到內(nèi)部，以完成染料增感太陽能電池。
實例2除如下所示的形成半導(dǎo)體層3以外，如圖5A和5B所示的光電極通過與實施方式1相同的過程制備，然后通過與實施方式1中相同的方法制備具有類似于圖3中所示的染料增感太陽能電池構(gòu)造的太陽能電池。此外，圖5A和5B顯示了實例2的光電極的結(jié)構(gòu)，圖5A是從半導(dǎo)體層3側(cè)觀看的平面圖，而圖5B是剖面圖。
1.半導(dǎo)體層的形成修補帶粘貼到形成在導(dǎo)電基板1上的近位層3a周邊的外面，對于半導(dǎo)體層的兩個相鄰側(cè)在帶和正方形的近位層3a之間留有1mm的間隔，而對于余下的兩個相鄰側(cè)在帶和近位層3a之間留有空間，以在導(dǎo)電基板1上制備用于形成遠位層3b的外框。接下來，懸浮液A被逐滴地加入到帶和近位層3a之間的空間和整個近位層3a，并且通過流延法涂布懸浮液，然后干燥。然后，所涂布的懸浮液在大氣中450℃下烘焙30分鐘，以形成遠位層3b來制備不包含增感染料的光電極(層厚為15μm，尺寸為9mm×9mm)。
實例3圖6是顯示實例3的光電極結(jié)構(gòu)的剖面圖。該實例的光電極包括具有三層的半導(dǎo)體層13。半導(dǎo)體層13具有第一、第二和第三層13a、13b和13c。這些層的第一層13a和第二層13b分別對應(yīng)于在實例1中的近位層3a和遠位層3b。對于實例3的光電極的生產(chǎn)方法，直到形成第二層13b的步驟類似于在實例1中直到形成遠位層3b的步驟。第三層13c按以下描述的方式形成。然后，通過與實例1同樣的方法制備具有類似于如圖3所示的染料增感太陽能電池構(gòu)造的太陽能電池。
1.第三層的形成修補帶粘貼到形成在導(dǎo)電基板1上的第二層13b周邊的外面，在帶和第二層13b之間留有1mm的間隔來為制備用于形成第三層13c的外框。接下來，懸浮液B以充足的量逐滴地加入到開口中，并且通過流延法涂布懸浮液，然后干燥。然后，所涂布的懸浮液在大氣中450℃下烘焙30分鐘，以形成第三層13c，來制備不包含增感染料的光電極(層厚為21μm，尺寸為10mm×10mm)。
實例4圖7是顯示實例4的光電極結(jié)構(gòu)的剖面圖。除了形成第三層13c的方法外，實例4的光電極的生產(chǎn)方法與實例3的類似。第三層13c按以下描述的方式形成。然后，通過與實例1同樣的方法制備具有類似于如圖3所示的染料增感太陽能電池構(gòu)造的太陽能電池。
1.第三層的形成修補帶粘貼到形成在導(dǎo)電基板1上的第二層13b周邊的外面，在帶和第二層13b之間沒留有間隔，來制備用于形成第三層13c的外框。接下來，懸浮液III被逐滴地加入到帶和第二近位層13b之間的空間及整個第二近位層13b，并且通過流延法涂布懸浮液，然后干燥。然后，所涂布的懸浮液在大氣中450℃下烘焙30分鐘，以形成第三層13c，來制備不包含增感染料的光電極(層厚為21μm，尺寸為10mm×10mm)。
實例5實例5的光電極的結(jié)構(gòu)如圖6所示。實例5的光電極的結(jié)構(gòu)與實例3的類似，但用于形成第一、第二和第三層13a、13b和13c的懸浮液的種類與實例3的不同。在實例中，第一、第二層和第三層13a、13b和13c按以下描述的方式形成，然后，通過與實例1中相同的方法制備具有類似于在實例3所示的染料增感太陽能電池。然而，在該實例中，作為催化劑層7c的鉑層的厚度取為5nm。對于在實例1至4中制備的太陽能電池，光從導(dǎo)電基板1側(cè)進入，而對于本實例的太陽能電池，光從導(dǎo)電基板1的相對側(cè)進入。因此，在本實施方式中制備的半導(dǎo)體層3的第一、第二和第三層13a、13b和13c中的半導(dǎo)體顆粒的平均顆粒直徑以該次序減小。
1.半導(dǎo)體層的形成上述的懸浮液II通過流延法涂布到SnO2導(dǎo)電層1b上，然后干燥。然后，所涂布的懸浮液在大氣中450℃下烘焙30分鐘，以形成第一層13a。
接下來，修補帶粘貼到第一層13a周邊的外面，在帶和第一層13a之間留有1mm的間隔，來制備用于形成第三層13c的外框。
接下來，懸浮液C被逐滴地加入到帶和第一層13a之間的空間和整個第一層13a，并且通過流延法涂布懸浮液，然后干燥。然后，所涂布的懸浮液在大氣中450℃下烘焙30分鐘，以形成第二層13b。
此外，修補帶粘貼到第二層13b周邊的外面，在帶和第二層13b之間留有1mm的間隔，來制備用于形成第三層13c的外框。接下來，懸浮液I被逐滴地加入到帶和第二層13b之間的空間和整個第二層13b，并且通過流延法涂布懸浮液，然后干燥。然后，所涂布的懸浮液在大氣中450℃下烘焙30分鐘，以形成第三層13c，來制備不包含增感染料的光電極(層厚為22μm，尺寸為10mm×10mm)。
實施方式6圖8是顯示實例6的染料增感太陽能電池模塊的剖面圖。太陽能電池模塊包括類似于實例1的光電極5，并且多個半導(dǎo)體層3設(shè)置在相同的導(dǎo)電基板1上。并且，在該太陽能電池模塊中，四個單元電池通過把它們串聯(lián)連接而集成。
以下，將描述染料增感太陽能電池模塊的制作工藝。
由Nippon Sheet Glass有限公司用SnO2生產(chǎn)的10cm×10cm的玻璃基板用作導(dǎo)電基板1(透明導(dǎo)電層1b＝氟摻雜SnO2)。通過輻射激光(YAG激光)到SnO2層上來蒸發(fā)SnO2，使SnO2層1b構(gòu)圖成條形，使得單元電池的間隔為1.035cm，相鄰單元電池之間的間隔為350μm。
半導(dǎo)體層3通過與實例1相同的方法形成在前述的基板1上，以制備不包含增感染料的光電極。光電極被配適，使得單元電池的半導(dǎo)體層3的尺寸是寬度10mm，長度90mm，膜厚度15μm，并且印刷中使用的網(wǎng)板的圖案的間隔采用1mm。
接下來，染料按如下描述的方式吸著在半導(dǎo)體光電層3上。首先，釕535-bisTBA染料(由Solaronix S.A.生產(chǎn))用作增感染料，并制備該染料的乙醇溶液(增感染料的濃度為4×10-4mol/liter)。接下來，在上述步驟中獲得的光電極被浸沒在溶液中，并在80℃下持續(xù)20小時。因此，光電極的內(nèi)部以約7×10-8mol/cm2的量吸著了增感染料。然后光電極用乙醇(由Aldrich化學(xué)公司生產(chǎn))清洗并干燥，以吸著光電極上的增感染料。
此外，相對電極通過制備類似于構(gòu)圖的基板1的基板形成，并在SnO2層7b上以約為3000nm的膜厚度形成鉑催化劑層7c，以便在支撐基板7a上形成與SnO2層7b相同的圖案。
由DuPont生產(chǎn)的HIMILAN 1855切割成1mm×95mm的片，以用作絕緣分隔體11，并且這些片被粘貼起來，以便構(gòu)造成圖8的結(jié)構(gòu)，并在約100℃的烤箱中加熱10分鐘以便接合。然后，通過設(shè)置在支撐基板上的填充口在相鄰的絕緣分隔體11之間通過填充商用導(dǎo)電漿料(由Fujikura Kasei有限公司生產(chǎn)，商品名稱“DOTITE”)形成連接層15。
通過在乙腈溶劑中溶解濃度為0.6mol/liter的DMPII、濃度為0.1mol/liter的鋰碘化物、濃度為0.5mol/liter的磷酸三丁酯(TBP)和濃度為0.05mol/liter的碘制備電解液，并通過電解液填充口17利用毛細現(xiàn)象填充前述的電解液，且用環(huán)氧樹脂密封周邊部分而制備染料增感太陽能電池模塊。
實例7
圖9是顯示實例7的染料增感太陽能電池模塊結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖10A和10B是顯示構(gòu)造圖9中太陽能電池模塊的兩個導(dǎo)電基板結(jié)構(gòu)的平面圖。
該染料增感太陽能電池模塊通過覆蓋導(dǎo)電基板21而形成，在導(dǎo)電基板21中半導(dǎo)體層3和催化劑層7c交替地設(shè)置在相似的導(dǎo)電基板23上。并且，在該太陽能電池模塊中，五個單元電池通過把它們串聯(lián)連接而集成。
以下，將描述染料增感太陽能電池模塊的制作工藝。
由Nippon Sheet Glass有限公司生產(chǎn)的具有SnO2導(dǎo)電層的兩個55mm×65mm玻璃基板21a、23a(X基板，Y基板)用作導(dǎo)電基板21、23。通過濺射，鉑膜以約為5nm的膜厚度形成為催化劑層7c，使得A為15mm，B為14mm，C為8mm，D為10mm，E為5mm和F為6mm，如圖10A和10B所示。
接下來，半導(dǎo)體層3形成在導(dǎo)電層21b、23b上，以便通過與實例1相同的方法夾設(shè)在相鄰催化劑層7c之間，并且半導(dǎo)體層要經(jīng)受室溫下1小時的校平，在80℃的烤爐中干燥，以及在500℃下的空氣中烘焙，以制備如圖10A和10B所示的光電極。
接下來，如圖10A和10B所示，通過輻射激光(YAG激光，基本波長為1.06μm)到SnO2、導(dǎo)電層21b和23b上以蒸發(fā)SnO2，形成劃線，使得I為14.5mm，J為22.5mm，K為22.5mm，L為13.5mm。
接下來，染料以下面描述的方式吸著在半導(dǎo)體層3上。首先，釕535-bisTBA染料(由Solaronix S.A.生產(chǎn))用作增感染料，并制備該染料的乙醇溶液(增感染料的濃度為4×10-4mol/liter)。其次，光電極被浸沒在該溶液中，并在80℃下持續(xù)20小時。因此，光電極的內(nèi)部以約7×10-8mol/cm2的量吸著增感染料。然后，光電極用乙醇(由Aldrich化學(xué)公司生產(chǎn))清洗并干燥，以吸著光電極上的增感染料。
在上述步驟中制備的X基板21和Y基板23用作基板，由DuPont生產(chǎn)的HIMILAN 1855切割成1mm×60mm的片，以用作絕緣分隔體11，并且這些片被設(shè)置成覆蓋每個基板的劃線25。X基板21和Y基板23被粘貼成構(gòu)造圖9的結(jié)構(gòu)，并在約100℃下的烤箱中加熱10分鐘以便接合。
通過在乙腈溶劑中溶解濃度為0.6mol/liter的DMPII、濃度為0.1mol/liter的鋰碘化物、濃度為0.5mol/liter的磷酸三丁酯(TBP)和濃度為0.02mol/liter的碘來制備電解液A，并通過在乙腈中溶解濃度為0.8mol/liter的DMPII、濃度為0.5mol/liter的磷酸三丁酯(TBP)和濃度為0.05mol/liter的碘來制備電解液。從垂直于紙面的方向通過毛細現(xiàn)象填充電解液到上述步驟中制備的染料增感太陽能電池模塊中，來制備載流子傳輸層9，并且通過用環(huán)氧樹脂密封載流子傳輸層9的周邊制備染料增感太陽能電池模塊。所制備的染料增感太陽能電池模塊的Y-基板23側(cè)用作光接收面。
(比較實例1)圖11是顯示比較實例1的光電極結(jié)構(gòu)的剖面圖。除了如下所示形成半導(dǎo)體層53外，光電極通過與在實例1中同樣的過程制備，且因此通過如實例1的方法制備具有類似于如圖3所示的染料增感太陽能電池的太陽能電池。
1.半導(dǎo)體層的形成修補帶粘貼到形成在導(dǎo)電基板1上的近位層53a周邊的外面，以便對近位層53a的所有四邊覆蓋近位層53a的斜面，以制備用于形成遠位層53b的外框。接下來，懸浮液A被逐滴加入到整個近位層53a，并且通過流延法涂布懸浮液，然后干燥。然后，所涂布的懸浮液在大氣中450℃下烘焙30分鐘，以形成遠位層53b，來制備不包含增感染料的光電極(層厚為13μm，尺寸為10mm×10mm)。
(比較實例2)圖12是顯示比較實例2的光電極結(jié)構(gòu)的剖面圖。除了如下所示形成半導(dǎo)體層63外，比較實例的光電極通過與在比較實例1中同樣的過程制備，且因此通過與例1同樣的方法制備具有類似于如圖3所示的染料增感太陽能電池構(gòu)造的太陽能電池。該比較實例的光電極包括具有三層的半導(dǎo)體層63。半導(dǎo)體層63具有第一、第二和第三層63a、63b和63c。這些層的第一層63a和第二層63b分別對應(yīng)于在比較實例1中的近位層53a和遠位層53b。對于比較實例2的光電極的生產(chǎn)方法，形成第二層63b的整個步驟類似于在比較實例1中形成遠位層53b的整個步驟。第三層63c以如下描述的方式形成。
1.第三層的形成修補帶粘貼到形成在導(dǎo)電基板1上的第二層63b的周邊的外面，以便接觸第二層63b，來制備用于形成第三層63c的外框。接下來，懸浮液II被逐滴地加入到整個第二層63b，并且通過流延法涂布懸浮液，然后干燥。然后，所涂布的懸浮液在大氣中450℃下烘焙30分鐘，以形成第三層63c，來制備不包含增感染料的光電極(層厚為21μm，尺寸為10mm×10mm)。
(比較實例3)比較實例3的光電極結(jié)構(gòu)如圖12所示。比較實例3的光電極的結(jié)構(gòu)類似于比較實例2的結(jié)構(gòu)，但用于形成第一、第二和第三層63a、63b和63c的懸浮液的種類不同于比較實例2(使用與實施方式5同樣種類的懸浮液)。第一、第二和第三層63a、63b和63c通過如下在該比較實施方式中描述的方式形成，且因而，通過與實例5同樣的方法制備構(gòu)造類似于如圖3所示的染料增感太陽能電池的太陽能電池。對于該比較實例的太陽能電池，光從導(dǎo)電基板1的相對側(cè)進入。因此，在該比較實例中所制備的半導(dǎo)體層3的第一、第二和第三層63a、63b和63c中的半導(dǎo)體顆粒的平均顆粒直徑以該次序減小。
上述懸浮液II通過流延法涂布到SnO2導(dǎo)電層1b上，然后干燥。然后，所涂布的懸浮液在大氣中450℃下烘焙30分鐘，以形成第一層63a。
接下來，修補帶粘貼到第一層63a周邊的外面，以接觸第一層63a，來制備用于形成第二層63b的外框。接下來，懸浮液C被逐滴地加入到整個第一層63a，并且通過流延法涂布懸浮液，然后干燥。然后，所涂布的懸浮液在大氣中450℃下烘焙30分鐘，以形成第二層63b。
此外，修補帶粘貼到第二層63b周邊的外面，以便接觸第二層63b，來制備用于形成第三層63c的外框。接下來，懸浮液I被逐滴地加入到整個第三層63c，并且通過流延法涂布懸浮液，然后干燥。然后，所涂布的懸浮液在大氣中450℃下烘焙30分鐘，以形成第三層63c，來制備不包含增感染料的光電極(層厚為20μm，尺寸為10mm×10mm)。
(比較實例4)如圖8所示的染料增感太陽能電池模塊，其中四個單元電池通過把它們串聯(lián)連接而集成，通過采用與在實例6中同樣的過程利用比較實例1的光電極來制備。
(比較實例5)如圖9所示的染料增感太陽能電池模塊，其中五個單元電池通過把它們串聯(lián)連接而集成，通過遵循與在實施方式7中同樣的過程來制備，并且在X基板側(cè)上形成比較實例2的光電極結(jié)構(gòu)，在Y基板側(cè)上形成比較實例3的光電極結(jié)構(gòu)。
1KW/m2強度的光(AM 1.5太陽模擬器)輻射到在實例1至7和比較實例1至5中獲得的太陽能電池上，以測量光電極轉(zhuǎn)換效率。測量結(jié)果如表2所示。
表2
實例1和2具有兩層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層，并且可以與比較實例1相比。實例3具有三層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層，并且可以與比較實例2相比。實例4允許光從催化劑層側(cè)進入，并且可以與比較實例3相比。實例4和5分別具有四單元電池串聯(lián)和五單元電池串聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)，并且可以與比較實例4和5相比。如表2所顯見，在所有上述組合中，實例的光電極轉(zhuǎn)換效率(Eff.)高于比較實例的光電極轉(zhuǎn)換效率，這證明了根據(jù)本發(fā)明的效果。
此外，本申請要求于2004年8月4日提交的日本申請2004-228122號的優(yōu)先權(quán)，其在此引作參考。
權(quán)利要求
1.一種光電極，包括導(dǎo)電基板和形成在該導(dǎo)電基板上的半導(dǎo)體層，該半導(dǎo)體層由半導(dǎo)體顆粒形成，該半導(dǎo)體層具有多層，該多層在半導(dǎo)體顆粒的平均顆粒直徑上彼此不同，設(shè)置在遠離該基板的位置的該多層的遠位層覆蓋設(shè)置在接近該基板的位置該多層的近位層的側(cè)面的至少一部分。
2.如權(quán)利要求
1所述的光電極，其中包含在該遠位層中的半導(dǎo)體顆粒的平均顆粒直徑大于包含在該近位層中的半導(dǎo)體顆粒。
3.如權(quán)利要求
1所述的光電極，其中包含在該遠位層中的半導(dǎo)體顆粒的平均顆粒直徑小于包含在該近位層中的半導(dǎo)體顆粒。
4.如權(quán)利要求
1所述的光電極，其中該遠位層覆蓋該近位層的該側(cè)面的20％或更多。
5.如權(quán)利要求
1所述的光電極，其中該半導(dǎo)體層吸著其上的增感染料。
6.如權(quán)利要求
5所述的光電極，其中該增感染料是二吡啶釕染料。
7.如權(quán)利要求
1所述的光電極，其中該半導(dǎo)體顆粒由鈦氧化物制成。
8.一種染料增感太陽能電池，包括權(quán)利要求
1的該光電極。
9.一種染料增感太陽能電池模塊，包括導(dǎo)電基板和形成在該導(dǎo)電基板上的多個半導(dǎo)體層，該多個半導(dǎo)體層由半導(dǎo)體顆粒形成，該多個半導(dǎo)體層中的至少一個具有多層，該多層在半導(dǎo)體顆粒的平均顆粒直徑上彼此不同，設(shè)置在遠離該基板的位置的該多層的遠位層覆蓋設(shè)置在接近該基板的位置該多層的近位層的側(cè)面的至少一部分。
專利摘要
一種光電極，具有導(dǎo)電基板和形成在該導(dǎo)電基板上的半導(dǎo)體層，半導(dǎo)體層由半導(dǎo)體顆粒形成，該半導(dǎo)體層具有多層，該多層在半導(dǎo)體顆粒的平均顆粒直徑上彼此不同，設(shè)置在遠離該基板的位置的該多層的遠位層覆蓋設(shè)置在接近該基板的位置該多層的近位層的側(cè)面的至少一部分。
文檔編號H01L31/04GK1993857SQ200580026542
公開日2007年7月4日 申請日期2005年8月1日
發(fā)明者福井篤, 山中良亮, 韓禮元 申請人:夏普株式會社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan