電極基板及色素敏化太陽能電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種可用作色素敏化太陽能電池的對置電極的電極基板及使用了該 電極基板的色素敏化太陽能電池。
[0002] 本申請基于2012年12月14日在日本提出申請的日本特愿2012-273719號而主 張優(yōu)先權(quán)，且在此引用其內(nèi)容。
【背景技術(shù)】
[0003] 作為色素敏化太陽能電池，已知有所謂Graetzel型的系統(tǒng)（非專利文獻(xiàn)1)。若 對吸附于構(gòu)成光電極的多孔氧化物半導(dǎo)體層的敏化色素照射光，則產(chǎn)生電子。該電子依次 向色素、多孔氧化物半導(dǎo)體層、透明導(dǎo)電膜、外部電路流動，從而以電流的形式導(dǎo)出。另一方 面，釋放出電子的色素通過電解質(zhì)中的氧化還原對而被還原，并且被氧化的氧化還原對通 過構(gòu)成對置電極的催化劑層而再生為還原體。
[0004] 作為現(xiàn)有的構(gòu)成色素敏化太陽能電池的對置電極的催化劑層，廣泛使用形成在基 板上的鉑電極（鉑薄膜）。作為鉑電極的形成方法，已知在基板上涂布氯鉑酸溶液并進(jìn)行 加熱處理方法、真空蒸鍍、濺射等方法。然而，由于鉑為昂貴的貴金屬，因此，使用鉑電極存 在增加色素敏化太陽能電池的制造成本的問題。另外還存在如下問題：在水分存在下鉑對 Γ離子（碘化物離子）的耐久性不充分。
[0005] 為了解決該問題，研宄了代替鉑電極的新催化劑層的材料，例如公開了將使用聚 噻吩、聚苯胺、聚吡咯等導(dǎo)電性高分子作為催化劑層的對置電極應(yīng)用于色素敏化太陽能電 池的例子（非專利文獻(xiàn)2、專利文獻(xiàn)1?2)。
[0006] 然而，使用具有這些導(dǎo)電性高分子的催化劑層時(shí)的發(fā)電效率與使用由鉑電極構(gòu)成 的催化劑層時(shí)的發(fā)電效率相比顯著較低。其原因在于，導(dǎo)電性高分子的導(dǎo)電性及作為催化 劑的還原能力（I 3_-I _的還原能力）比鉑的導(dǎo)電性及還原能力低。
[0007] 催化劑層的還原能力根據(jù)"催化劑活性"X "催化劑層的比表面積"確定，導(dǎo)電性高 分子的催化劑活性比鉑低。因此，在由導(dǎo)電性高分子構(gòu)成的催化劑層具有與鉑電極相同程 度的比表面積的情況下，與鉑電極相比，由導(dǎo)電性高分子構(gòu)成的催化劑層的還原能力差。因 此，還公開了一種在由導(dǎo)電性高分子構(gòu)成的催化劑層中混合碳納米管或碳粒子等碳材料來 提高催化劑層的比表面積和導(dǎo)電性，從而提高催化劑層的還原能力的方法（專利文獻(xiàn)3? 4)。例如，現(xiàn)有的催化劑層的構(gòu)成如圖1的示意圖所示。圖1的催化劑層具有在導(dǎo)電性基 板21上形成有包埋碳材料22的導(dǎo)電性高分子23的膜的結(jié)構(gòu)。
[0008] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0009] 專利文獻(xiàn)
[0010] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2003-313317號公報(bào)
[0011] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開2003-317814號公報(bào)
[0012] 專利文獻(xiàn)3 :日本特開2006-147411號公報(bào)
[0013] 專利文獻(xiàn)4 :日本特開2011-14411號公報(bào)
[0014] 非專利文獻(xiàn)
[0015] 非專利文獻(xiàn)I !Nature、第353卷、第737頁、1991年
[0016] 非專利文獻(xiàn) 2 :Electrochemistry71、No. 11(2003)944-946

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0018] 然而，即使在使用以專利文獻(xiàn)3?4的方法制造的催化劑層的情況下，由于催化劑 層的比表面積不充分，因此，催化劑層的還原能力未達(dá)到鉑電極的同等以上。另外，在專利 文獻(xiàn)3?4的催化劑層中，導(dǎo)電性高分子和所述碳材料以雜亂的狀態(tài)混合，因此，催化劑層 的結(jié)構(gòu)（多孔度）控制性低，因此，擔(dān)心每批次的催化劑層的還原能力不均或膜強(qiáng)度不均。 另外，在所述催化劑層中，碳材料彼此不直接接觸而經(jīng)由導(dǎo)電性高分子粘結(jié)，還存在多個(gè)碳 材料不與導(dǎo)電性基板直接接觸的區(qū)域，因此，電阻增加，關(guān)于導(dǎo)電性，也不及鉑電極。因此， 尋求使用了具有導(dǎo)電性高分子的催化劑層的電極基板的性能提高及使用所述電極基板作 為對置電極的色素敏化太陽能電池的發(fā)電效率的提高。
[0019] 本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其課題在于，提供一種可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有的用作色素 敏化太陽能電池的對置電極的鉑電極的同等以上的發(fā)電效率的電極基板及色素敏化太陽 能電池。
[0020] 用于解決課題的技術(shù)方案
[0021] (1) 一種電極基板，其具有導(dǎo)電性基板、成膜于所述導(dǎo)電性基板上的多孔膜、涂布 于所述多孔膜上的催化劑層。
[0022] (2)根據(jù)上述（1)所述的電極基板，其中，沿所述多孔膜的三維結(jié)構(gòu)涂布有所述催 化劑層。
[0023] (3)根據(jù)上述（1)或（2)所述的電極基板，其中，在涂布有所述催化劑層的多孔膜 中含有多個(gè)單獨(dú)孔連結(jié)而成的連孔結(jié)構(gòu)。
[0024] (4)根據(jù)上述（3)所述的電極基板，其中，在涂布有所述催化劑層的多孔膜中，所 述連孔結(jié)構(gòu)的個(gè)數(shù)大于所述單獨(dú)孔的個(gè)數(shù)。
[0025] (5)根據(jù)上述⑴?⑷中任一項(xiàng)所述的電極基板，其中，所述多孔膜由金屬或金 屬化合物構(gòu)成。
[0026] (6)根據(jù)上述⑴?⑷中任一項(xiàng)所述的電極基板，其中，所述多孔膜由碳材料構(gòu) 成。
[0027] (7)根據(jù)上述⑴?（6)中任一項(xiàng)所述的電極基板，其中，所述催化劑層由導(dǎo)電性 高分子構(gòu)成。
[0028] (8)根據(jù)上述（7)所述的電極基板，其中，所述導(dǎo)電性高分子為下述通式⑴所示 的噻吩化合物的聚合物。
[0029] [化學(xué)式1]
[0030]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電極基板，其具有導(dǎo)電性基板、成膜于所述導(dǎo)電性基板上的多孔膜、涂布于所述 多孔膜上的催化劑層。
2. 如權(quán)利要求1所述的電極基板，其中，沿所述多孔膜的三維結(jié)構(gòu)涂布有所述催化劑 層。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的電極基板，其中，涂布有所述催化劑層的多孔膜中含有多個(gè) 單獨(dú)孔連結(jié)而成的連孔結(jié)構(gòu)。
4. 如權(quán)利要求3所述的電極基板，其中，在涂布有所述催化劑層的多孔膜中，所述連孔 結(jié)構(gòu)的個(gè)數(shù)大于所述單獨(dú)孔的個(gè)數(shù)。
5. 如權(quán)利要求1?4中任一項(xiàng)所述的電極基板，其中，所述多孔膜由金屬或金屬化合物 構(gòu)成。
6. 如權(quán)利要求1?4中任一項(xiàng)所述的電極基板，其中，所述多孔膜由碳材料構(gòu)成。
7. 如權(quán)利要求1?6中任一項(xiàng)所述的電極基板，其中，所述催化劑層由導(dǎo)電性高分子構(gòu) 成。
8. 如權(quán)利要求7所述的電極基板，其中，所述導(dǎo)電性高分子是下述通式（1)表示的噻吩 化合物形成的聚合物：
式中，R1和R2分別獨(dú)立地表示氫原子、碳原子數(shù)1?8的烷基、碳原子數(shù)1?4的烷氧 基、碳原子數(shù)6或8的芳基、幾基、醋基、H全基、輕基、齒原子、氛基、氣基、硝基、偶?xì)饣?、橫基、 或磺?；?，當(dāng)R1和R2為所述烷基或烷氧基時(shí)，所述烷基或烷氧基的末端碳原子可以彼此鍵 合而形成環(huán)。
9. 如權(quán)利要求7所述的電極基板，其中，所述導(dǎo)電性高分子是下述通式（2)表示的吡咯 化合物形成的聚合物：
式中，R3和R4分別獨(dú)立地表示氫原子、碳原子數(shù)1?8的烷基、碳原子數(shù)1?4的烷氧 基、碳原子數(shù)6或8的芳基、幾基、醋基、H全基、輕基、齒原子、氛基、氣基、硝基、偶?xì)饣?、橫基 或磺?；?，當(dāng)R3和R4為所述烷基或烷氧基時(shí)，所述烷基或烷氧基的末端碳原子可以彼此鍵 合而形成環(huán)。
10. 如權(quán)利要求7所述的電極基板，其中，所述導(dǎo)電性高分子是下述通式（3)表示的苯 胺化合物形成的聚合物：
式中，R5?R8分別獨(dú)立地表示氫原子、碳原子數(shù)1?8的烷基、碳原子數(shù)1?4的烷氧 基、碳原子數(shù)6或8的芳基、幾基、醋基、H全基、輕基、齒原子、氛基、氣基、硝基、偶?xì)饣?、橫基 或磺?；?，當(dāng)R5和R6、或者R7和R8為所述烷基或烷氧基時(shí)，所述烷基或烷氧基的末端碳原 子可以彼此鍵合而形成環(huán)。
11. 如權(quán)利要求1?10中任一項(xiàng)所述的電極基板，其中，所述導(dǎo)電性基板的表面和所述 多孔膜相連接。
12. 如權(quán)利要求7?11中任一項(xiàng)所述的電極基板，其中，所述導(dǎo)電性高分子通過使用了 所述多孔膜作為工作電極的電解聚合法涂布于所述多孔膜。
13. -種色素敏化太陽能電池，其具備由權(quán)利要求1?12中任一項(xiàng)所述的電極基板構(gòu) 成的對向電極、吸附有色素的光電極、以及電解液。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種電極基板，其具有導(dǎo)電性基板、所述導(dǎo)電性基板上所成膜的多孔膜和涂布于所述多孔膜的催化劑層。
【IPC分類】H01G9-20
【公開號】CN104584162
【申請?zhí)枴緾N201380043843
【發(fā)明人】時(shí)田大輔, 安西純一郎
【申請人】積水化學(xué)工業(yè)株式會社
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2013年9月26日
【公告號】WO2014091809A1