專利名稱：染料敏化型太陽能電池的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及染料敏化型太陽能電池，具體地說，涉及適合用作以簡易的構成而提 高了發(fā)電效率的太陽能電池的染料敏化型太陽能電池。
背景技術：
近年來，從批量生產化和低成本化觀點考慮，已提出使用了染料敏化半導體的染 料敏化型太陽能電池作為替代硅類太陽能電池的新的太陽能電池。染料敏化型太陽能電池通常具備具有光敏化作用的工作電極(陽極)、與工作電 極隔著間隔對向配置的對向電極(對電極、陰極)、和填充在2個電極之間的電解液。染料 敏化型太陽能電池中，基于太陽光的照射而產生在工作電極上的電子介由配線向對電極移 動，同時在2個電極間的電解液中進行電子授受。在這種染料敏化型太陽能電池中，工作電極包含基板(陽極側基板)、層疊在基板 表面上的透明導電性膜、和層疊在透明導電性膜表面上的、吸附了染料的染料敏化半導體， 對向電極包含基板(陰極側基板)、層疊在基板表面上的導電性膜和層疊在導電性膜表面 上的催化劑層。此外，從提高發(fā)電效率的觀點考慮，已經(jīng)提出了通過在陽極側基板的上側或下側 設置光反射層或光散射反射層，由此使透過工作電極并達到對向電極的太陽光在光反射層 或光散射反射層中反射，將反射回的光再次供給到工作電極以產生電子(參照例如，日本 特開2005-158379號公報和日本特開2000-348784號公報。)。

發(fā)明內容
但日本特開2005-158379號公報和日本特開2000-348784號公報的染料敏化型太 陽能電池具有需要另行設置光反射層、光散射反射層，對向電極的構成復雜化的缺點。此 外，由于需要另行進行光反射層、光散射反射層的制造工序，因此存在制造成本增加的缺
點ο本發(fā)明的目的在于提供一種可以在以簡易的構成而提高發(fā)電效率的同時，進一步 實現(xiàn)低成本化的染料敏化型太陽能電池。本發(fā)明的染料敏化型太陽能電池，其特征在于，其具有工作電極、與上述工作電 極隔著間隔對向配置的對電極、和填充在上述工作電極和上述對電極之間的電解質，上述 對電極具有對在波長400 750nm的范圍下的至少1個波長的光的反射率為30%以上的基 板。此外，在本發(fā)明的染料敏化型太陽能電池中，上述基板優(yōu)選為由液晶聚合物形成 的撓性膜。此外，在本發(fā)明的染料敏化型太陽能電池中，上述基板優(yōu)選為分散有微粉狀填充 劑的撓性膜。此外，上述微粉狀填充劑優(yōu)選為氧化鈦。根據(jù)本發(fā)明的染料敏化型太陽能電池，對電極具有對特定波長的光的反射率在特定范圍的基板。因此，對電極可以有效地反射包含特定波長的光的太陽光，可以將被反射了 的太陽光再次供于工作電極以產生電子。其結果可以提高發(fā)電效率。進而，由于基板的反射率在特定范圍內，所以可以以簡易的構成提高發(fā)電效率而 不必另行設置光反射層或光散射反射層等。因此，可以省略光反射層或光散射反射層的制 造工序，從而可以在以簡易的構成而提高發(fā)電效率的同時，進一步實現(xiàn)低成本化。


圖1示出本發(fā)明的染料敏化型太陽能電池的一個實施方式(從催化劑層露出的陰 極側基板與電解質接觸的狀態(tài))的剖面圖。圖2示出圖1所示的染料敏化型太陽能電池的對電極(具有陰極側基板、陰極側 導電層和催化劑層的狀態(tài))的剖面圖。圖3示出本發(fā)明的染料敏化型太陽能電池的其它實施方式的對電極(具有陰極側 基板和陰極側導電層的狀態(tài))的剖面圖。圖4示出本發(fā)明的染料敏化型太陽能電池的其它實施方式(在陰極側基板和電解 質之間夾著陰極側導電層的狀態(tài))的剖面圖。圖5示出本發(fā)明的染料敏化型太陽能電池的其它實施方式(從催化劑層露出的陰 極側基板的上面左側部分與電解質接觸、陰極側導電層和催化劑層的右側面與密封層接觸 的狀態(tài))的剖面圖。圖6示出本發(fā)明的染料敏化型太陽能電池的其它實施方式(從催化劑層露出的陰 極側基板的上面左側部分與電解質接觸、催化劑層的右側面與密封層接觸的狀態(tài))的剖面 圖。圖7示出本發(fā)明的染料敏化型太陽能電池的其它實施方式(陽極側導電層和陰極 側導電層與集電配線連接的狀態(tài))的剖面圖。圖8示出各實施例和各比較例的陰極側基板對波長300 SOOnm的光的反射率的圖。
具體實施例方式圖1示出本發(fā)明的染料敏化型太陽能電池的一個實施方式(從催化劑層露出的陰 極側基板與電解質接觸的狀態(tài))的剖面圖；圖2示出圖1所示的染料敏化型太陽能電池的 對電極(具有陰極側基板、陰極側導電層和催化劑層的狀態(tài))的剖面圖。圖1中，該染料敏化型太陽能電池1具有工作電極2 (陽極)、與工作電極2在厚度 方向(圖1中的上下方向)上隔著間隔對向配置的對電極(陰極、對向電極)3、和填充在工 作電極2和對電極3之間的電解質4。工作電極2具有光敏化作用，以近平板形狀形成。工作電極2具有陽極側基板5、 層疊在陽極側基板5之下的陽極側導電層6、和層疊在陽極側導電層6之下的染料敏化半導 體層7。陽極側基板5，透明且以平板形狀形成，例如，可以由玻璃基板等剛性板(rigid board)、塑料薄膜等撓性膜(后述的液晶聚合物薄膜、填充劑分散薄膜和填充劑分散液晶 聚合物薄膜除外)等絕緣板、絕緣膜形成。
作為塑料薄膜的塑料材料，可以列舉出例如，聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚 對苯二甲酸丁二醇酯、聚2，6_萘二甲酸乙二醇酯(PEN)等聚酯類樹脂(后述的熱致液晶 (ThermoTropic Liquid CrysTal)聚酯、熱致液晶聚酯酰胺除外)；例如聚丙烯酸酯、聚甲基 丙烯酸酯等丙烯酸類樹脂；例如聚乙烯(PE。例如，高密度PE、低密度PE等。)、聚丙烯、乙 烯_丙烯共聚物等烯烴類樹脂；例如聚氯乙烯、乙烯_乙酸乙烯酯共聚物、乙烯_乙烯醇共 聚物等乙烯基類樹脂；例如聚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺等酰亞胺類樹脂；例如聚醚腈、聚醚砜 等醚類樹脂等。這些塑料材料可單獨使用或2種以上并用。陽極側基板5的厚度為例如5 500 μ m,優(yōu)選為10 400 μ m。此外，陽極側基板5具有對太陽光(具體地說為可見光等)的透射性，具體地說， 對在波長400 750nm的范圍下的至少1個波長的光的透射率為例如70%以上，優(yōu)選為 80%以上，更優(yōu)選為90%以上，通常為99. 9%以下。陽極側導電層6，例如由透明導電薄膜構成，在陽極側基板5的整個下面形成。作為形成透明導電薄膜的導電材料，可以列舉出例如，金、銀、銅、鉬、鎳、錫、鋁等 金屬材料；例如錫摻雜氧化銦(ITO)、氟摻雜氧化錫(FTO)、鋅摻雜氧化銦(IZO)等金屬氧化 物(復合氧化物)材料；例如碳等的碳質材料等。這些導電材料可單獨使用或2種以上并用。陽極側導電層6的電阻率為例如1.0 X 10-2 Ω .cm以下，優(yōu)選為1. 0 X 10-3 Ω . cm以 下。此外，陽極側導電層6的厚度為例如0.01 100 μ m，優(yōu)選為0. 1 10 μ m。此外，陽極側導電層6對在波長400 750nm的范圍下的至少1個波長的光的透 射率為例如70%以上，優(yōu)選為80%以上，更優(yōu)選為90%以上，通常為99. 9%以下。染料敏化半導體層7是在陽極側導電層6的下面的寬度方向(圖1的左右方向) 的中途形成的，也就是說，以陽極側導電層6的寬度方向兩端部露出的方式形成。染料敏化半導體層7是通過以片(膜)狀層疊染料敏化半導體顆粒形成的，這種 染料敏化半導體顆粒例如，是在由金屬氧化物形成的多孔質半導體顆粒上吸附染料而成 的。作為金屬氧化物，可以列舉出例如氧化鈦、氧化鋅、氧化錫、氧化鎢、氧化鋯、氧化 鉿、氧化鍶、氧化銦、氧化釔、氧化鑭、氧化釩、氧化鈮、氧化鉭、氧化鉻、氧化鉬、氧化鐵、氧化
鎳、氧化銀等。優(yōu)選列舉出氧化鈦。染料，是對例如太陽光、具體地說是對包含波長400 750nm的范圍的光的可見光 具有吸收峰的物質，具體而言可以列舉出例如釕絡合物、鈷絡合物等金屬絡合物，例如，花 青、部花青、酞菁、香豆素、核黃素(riboflavin)、咕噸、三苯基甲烷、偶氮、醌等有機類染料 等。優(yōu)選列舉釕絡合物、部花青。染料敏化半導體顆粒的平均粒徑，以一次粒徑計為例如5 200nm，優(yōu)選為8 IOOnm0此外，染料敏化半導體層7的厚度為例如0.4 100 μ m，優(yōu)選為0.5 50 μ m，更 優(yōu)選為0. 5 15 μ m。此外，染料敏化半導體層7對在波長400 750nm的范圍下的至少1個波長的光 的透射率為例如90%以下，優(yōu)選為70%以下，通常為50%以下。
工作電極2的厚度為例如5 1000 μ m，優(yōu)選為10 500 μ m。此外，工作電極2對在波長400 750nm的范圍下的至少1個波長的光的透射率 可根據(jù)染料敏化半導體層7相對于陽極側基板5的面積比例來進行適當選擇，為例如30% 以上，優(yōu)選為50%以上，更優(yōu)選為70%以上，通常為99. 9%以下。在后面對電極3有詳細敘述，以近平板形狀而形成。電解質4，例如被調制成將其溶解在溶劑中的溶液(電解液)、或該溶液凝膠化的 凝膠電解質。電解質4中含有碘、和/或、碘和碘化合物的組合(氧化還原體系)作為必須成分。作為碘化合物，可以列舉出例如碘化鋰(LiI)、碘化鈉(NaI)、碘化鉀(KI)、碘化銫 (CsI)、碘化鈣(CaI2)等金屬碘化物，例如四烷基碘化銨、碘化咪唑鐺、碘化吡啶鐺等有機季 銨碘化物鹽等。此外，電解質4中還可以含有例如溴等鹵素(碘除外)，例如溴和溴化合物的組合 等鹵素和鹵素化合物的組合(碘和碘化合物的組合除外)作為任意成分。作為溶劑，可以列舉出碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸亞乙酯、碳酸亞 丙酯等碳酸酯化合物，例如乙酸甲酯、丙酸甲酯、Y-丁內酯等酯化合物，例如乙醚、1，2-二 甲氧基乙烷、1，3-二氧戊環(huán)、四氫呋喃、2-甲基四氫呋喃等醚化合物，例如3-甲基-2-噁唑 烷酮、2-甲基吡咯烷酮等雜環(huán)化合物，例如乙腈、甲氧基乙腈、丙腈、3-甲氧基丙腈等腈化 合物，例如環(huán)丁砜、二甲亞砜、二甲基甲酰胺等非質子性極性化合物等有機溶劑、水等水性 溶劑。優(yōu)選列舉有機溶劑，更優(yōu)選列舉腈化合物。電解質的含有比例，相對于100重量份電解液，為例如0. 001 10重量份，優(yōu)選為 0. 01 1重量份。此外，電解質的濃度可根據(jù)電解質的分子量而依規(guī)定度設為例如0. 001 10M，優(yōu)選為0. 01 IMo凝膠電解質，通過在電解液中配合適當比例的公知凝膠化劑等來調制。作為凝膠化劑，可以列舉出例如天然高級脂肪酸、氨基酸化合物等的多糖類等的 低分子凝膠化劑，例如聚1，1-二氟乙烯、1，1-二氟乙烯-六氟丙烯共聚物等氟類高分子、聚 乙酸乙烯酯、聚乙烯醇等乙烯基類高分子等的高分子凝膠化劑等。 該電解質4的填充厚度為例如5 500 μ m,優(yōu)選為5 100 μ m。此外，電解質4對在波長400 750nm的范圍下的至少1個波長的光的透射率為 例如5%以上，通常為95%以下。此外，該染料敏化型太陽能電池1中設置有用于將電解質4密封在工作電極2和 對電極3之間的密封層11。密封層11在染料敏化型太陽能電池1的寬度方向兩 端部以遍及工作電極2和對 電極3之間的方式填充。此外，密封層11與染料敏化半導體層7的兩外側相鄰配置。作為形成密封層11的密封材料，可以列舉出例如有機硅樹脂、環(huán)氧樹脂、聚異丁 烯類樹脂、熱熔樹脂、玻璃漿料等。密封層11的厚度(上下方向的長度)為例如5 500 μ m,優(yōu)選為5 100 μ m，更 優(yōu)選為10 50 μ m。并且，在圖1和圖2中，對電極3具有作為基板的陰極側基板8。作為陰極側基板8，可以列舉出例如由液晶聚合物形成的撓性膜(以下稱作“液晶聚合物薄膜”。)、分散有微粉狀填充劑的撓性膜(以下稱作“填充劑分散薄膜”。)。作為液晶聚合物，可以列舉出例如以下[1] [4]所列舉的化合物及其衍生物作 為原料而合成的熱致液晶聚酯、熱致液晶聚酯酰胺等。[1]芳香族或脂肪族二羥基化合物(下述式(1) (7)示出了代表例。)
權利要求
一種染料敏化型太陽能電池，其特征在于，所述染料敏化型太陽能電池具有工作電極、與上述工作電極隔著間隔對向配置的對電極、和填充在上述工作電極和上述對電極之間的電解質，所述對電極具有對在波長400～750nm的范圍下的至少1個波長的光的反射率為30％以上的基板。
2.根據(jù)權利要求1所述的染料敏化型太陽能電池，其特征在于，所述基板是由液晶聚 合物形成的撓性薄膜。
3.根據(jù)權利要求1所述的染料敏化型太陽能電池，其特征在于，所述基板是分散有微 粉狀填充劑的撓性薄膜。
4.根據(jù)權利要求3所述的染料敏化型太陽能電池，其特征在于，所述微粉狀填充劑是 氧化鈦。
全文摘要
染料敏化型太陽能電池具有工作電極、與上述工作電極隔著間隔對向配置的對電極、和填充在工作電極和對電極之間的電解質。對電極具有對在波長400～750nm的范圍下的至少1個波長的光的反射率為30％以上的基板。
文檔編號H01G9/04GK101989500SQ20101024076
公開日2011年3月23日 申請日期2010年7月27日 優(yōu)先權日2009年7月30日
發(fā)明者井上真一, 花園博行 申請人:日東電工株式會社