CN101485037A - 染料敏化太阳能电池组件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种染料敏化太阳能电池组件，该太阳能电池组件由多个太阳能电池单元电串联而成，所述的太阳能电池单元包含在绝缘性基材上形成的第1导电层、在所述第1导电层上形成的光电转换元件、和在所述光电转换元件上形成的第2导电层；其中，所述光电转换元件包括光电转换层、载流子传输层、和催化剂层，所述的光电转换层由吸附了染料的多孔半导体层构成；上述中的任一太阳能电池单元中的第2导电层和与该太阳能电池单元相邻的其它太阳能电池单元中的第1导电层相接触，并且所述与该太阳能电池单元相邻的其它太阳能电池单元中的光电转换元件与该太阳能电池单元中的第2导电层相接触。

Description

染料敏化太阳能电池组件及其制备方法
技术领域
本发明涉及染料敏化太阳能电池组件及其制备方法。
背景技术
太阳能电池由于可以利用太阳光作为替代化石燃料的能源用于发电而受到瞩目。目前，采用了结晶硅基板的太阳能电池及薄膜硅太阳能电池的部分实用化进程已经起步。可是，上述中前者存在硅基板制造成本较高的问题，而后者也由于必须要使用多种半导体制备用气体及复杂的装置，因而存在成本升高的问题。因此，尽管一直以来针对所有太阳能电池进行了不断的努力试图提高光电转换效率、进而降低其单位电力输出的成本，然而迄今仍无法解决上述问题。
作为新型太阳能电池，提出了应用金属配合物的光致电子迁移而制造的湿型太阳能电池(例如，参见专利文献1)。所述湿型太阳能电池的结构具有下述结构：如图18所示，分别在两片玻璃基材100、101上形成导电膜(电极)102、106，在这两个导电膜(电极)之间形成密封层103，在由所述两个导电膜(电极)102、106和所述两个密封层103、103包围的区域内层叠有光电转换层104、载流子传输层(电解液)107、和催化剂层105；其中，所述光电转换层104是吸附了染料的金属氧化物半导体层。该湿型太阳能电池在可见光区具有吸收光谱(传统技术1)。
所述湿型太阳能电池一经光照射则在光电转换层104中产生电子，产生的电子经由受光面侧的导电膜102及外电路迁移到另一侧的导电膜105及催化剂层105上，进一步，通过载流子传输层107的电解质中的离子被输送回光电转换层104。通过上述一系列电子流动，可实现电能输出。
然而，由于专利文献1中所述的染料敏化太阳能电池的基本结构是将电解液注入到带有导电膜的玻璃基材之间而制成，因此虽然可以制造小面积试用性的太阳能电池，却难以适用于例如1m见方左右的大面积太阳能电池。究其原因，这是由于对于上述的太阳能电池，每增加其中一个光电转换元件的面积，则产生的电流将随面积成比例地增大。而用于电极部分的导电膜在其面内方向的电压降随之增大，将导致太阳能电池的内部串联电阻增加。从而，表征光电转换时其电流电压特性的曲线因子(填充因数、FF)、及其短路电流减小，从而引发光电转换效率下降的问题。另外，由于该技术中染料敏化太阳能电池是使用2片带有导电膜的玻璃基材进行组件化的，因此存在制造成本增加且重量大的问题。
为了解决关于内部串联电阻的问题，在例如专利文献2中提出了一种染料敏化太阳能电池组件，该组件使多个光电转换元件串联连接在一起。
如图19所示，专利文献2中的染料敏化太阳能电池组件的结构如下：在玻璃基材110(带有通过图案化形成长条形图案的透明导电膜(电极)112)和玻璃基材111(依次带有通过图案化形成长条形图案的透明导电膜(电极)116和催化剂层115)之间形成多个光电转换元件，在相邻的光电转换元件之间各有一对绝缘层113，在每对绝缘层113之间形成导电通路层118，通过该导电通路层118使上下的透明导电膜112、116之间实现电流相通。上述的每个光电转换元件自下侧的透明导电膜112侧起，依次层叠有光电转换层114、载流子传输层117及催化剂层115(传统技术2)。
然而，由于专利文献2提出的染料敏化太阳能电池组件是将电解质介质注入到2片玻璃基材之间而形成，因此仍然无法解决其成本及重量问题。
为了解决上述问题，在专利文献3及4中提出了一种染料敏化太阳能电池组件，该组件具有将玻璃基材减至1片的结构。
如图20所示，专利文献3中的染料敏化太阳能电池组件的结构如下：形成染料敏化光电转换元件，使该元件具有光电极1(带有多个相互分离形成的透明电极15)、且在其中的每个透明电极15上层叠了半导体层16、染料及电解质层(电解液)3；在电解质层上形成与透明电极15相连的对电极2B，以使上述各光电转换元件串联连接，其中，所述各透明电极之间相互邻接；在各个光电转换元件的周围利用由树脂构成的电池密封部4B实现密封(传统技术3)。另外，图20中的符号8代表基底薄膜。
此外，如图21所示，专利文献4中的染料敏化太阳能电池组件的结构如下：形成染料敏化光电转换元件，使该元件具有透明玻璃基材310(带有多个相互分离形成的透明导电膜112)、且在其中每个透明导电膜112上依次层叠有吸附了染料的多孔氧化钛层314、具有电解质的中间多孔绝缘层318及对电极315；所述对电极315与透明导电膜312相连接，以使上述各光电转换元件串联连接，其中，所述各透明电极之间相互邻接；在各个光电转换元件的周围利用绝缘层313实现密封，在绝缘层313上层叠了上覆盖体(传统技术4)。
专利文献1：日本专利第2664194号公报
专利文献2：日本特表2002-540559号公报
专利文献3：日本特开2005-285781号公报
专利文献4：国际公开第WO97/16838号小册子
发明内容
本发明所要解决的问题
然而，在上述专利文献2～4提出的任一染料敏化太阳能电池组件的结构中，其相邻光电转换元件中的光电转换层之间均存在至少3个层(例如，参照图21中的A部分)。由于该部分是太阳能电池组件中的非发电部分，因此致使染料敏化太阳电池组件中的发电部分(光电转换层)相对于其受光部分的面积变小，从而使组件转换效率变差。这里，所述的组件转换效率是指：以组件的整个受光面的面积为基准，算出由组件获得的电流密度，由此求算出的太阳能电池的转换效率。
本发明鉴于上述存在的问题，提供了一种染料敏化太阳能电池组件及其制备方法，该染料敏化太阳能电池组件可以使相对于太阳能电池组件的受光面的有效发电面积增大。
解决问题的手段
如上所述，根据本发明，提供一种染料敏化太阳能电池组件，该太阳能电池组件由多个太阳能电池单元电串联而成，所述的太阳能电池单元包括在绝缘性基材上形成的第1导电层、在所述第1导电层上形成的光电转换元件、和在所述光电转换元件上形成的第2导电层；其中，所述光电转换元件包括光电转换层、载流子传输层、和催化剂层，所述的光电转换层由吸附了染料的多孔半导体层构成；上述中的任一太阳能电池单元中的第2导电层和与该太阳能电池单元相邻的其它太阳能电池单元中的第1导电层相接触，并且所述与该太阳能电池单元相邻的其它太阳能电池单元中的光电转换元件与该太阳能电池单元中的第2导电层相接触。
另外，根据本发明的另一方面，提供一种染料敏化太阳能电池组件的制备方法，该方法包括步骤(A)和步骤(B)，所述步骤(A)中在绝缘性基材上的多个第1导电层上分别形成光电转换元件，其中，所述光电转换元件包括光电转换层、载流子传输层、和催化剂层，所述的光电转换层由吸附了染料的多孔半导体层构成，所述步骤(B)中从任一光电转换元件上面起形成第2导电层直至和与该光电转换元件相邻的其它光电转换元件下方的第1导电层相接触，从而形成电串联的多个太阳能电池单元；在所述染料敏化太阳能电池组件的制备方法中，形成的任一太阳能电池单元中的第2导电层和与该太阳能电池单元相邻的其它太阳能电池单元中的光电转换元件相接触。
发明的效果
通过本发明，可以提供一种高性能染料敏化太阳能电池组件及染料敏化太阳能电池组件的制备方法，通过该太阳能电池组件及其制备方法，可以提高组件的输出电流密度。
附图说明
图1为显示本发明的染料敏化太阳能电池组件的实施方式1的结构的截面示意图。
图2为显示本发明的染料敏化太阳能电池组件的实施方式2的结构的截面示意图。
图3为显示本发明的染料敏化太阳能电池组件的实施方式3的结构的截面示意图。
图4为显示实施例1中染料敏化太阳能电池组件的制备步骤的截面示意图。
图5为显示继图4之后的制备步骤的截面示意图。
图6为显示继图5之后的制备步骤的截面示意图。
图7为显示实施例1中染料敏化太阳能电池组件的各个构成要素的宽度尺寸的截面示意图。
图8为显示实施例2中染料敏化太阳能电池组件的制备步骤的截面示意图。
图9为显示继图8之后的制备步骤的截面示意图。
图10为显示继图9之后的制备步骤的截面示意图。
图11为显示继图10之后的制备步骤的截面示意图。
图12为显示实施例2中染料敏化太阳能电池组件的各个构成要素的宽度尺寸的截面示意图。
图13为显示实施例3中染料敏化太阳能电池组件的制备步骤的截面示意图。
图14为显示继图13之后的制备步骤的截面示意图。
图15为显示继图14之后的制备步骤的截面示意图。
图16为显示实施例3中染料敏化太阳能电池组件的各个构成要素的宽度尺寸的截面示意图。
图17为显示比较例中染料敏化太阳能电池组件的各个构成要素的宽度尺寸的截面示意图。
图18为显示传统技术1中染料敏化太阳能电池的结构的截面示意图。
图19为显示传统技术2中染料敏化太阳能电池组件的结构的截面示意图。
图20为显示传统技术3中染料敏化太阳能电池组件的结构的截面示意图。
图21为显示传统技术4中染料敏化太阳能电池组件的结构的截面示意图。
符号说明
1、21、31  绝缘性基材
2、22、32  第1导电层
3、23、33  光电转换层
3a、23a、33a  多孔半导体层
4、24、34  载流子传输层
4a、24a、34a  多孔绝缘层
5、25、35  催化剂层
6、26、36  第2导电层
6A、26A、36A  部分导电层
6B  基底层
6C、26C、36C  其余部分导电层
7、27、37  密封层
8、28、38  覆盖膜
具体实施方式
本发明的染料敏化太阳能电池组件的特征在于：该组件由多个太阳能电池单元电串联而成，所述的太阳能电池单元具有在绝缘性基材上形成的第1导电层、在所述第1导电层上形成的光电转换元件、和在所述光电转换元件上形成的第2导电层；其中，所述光电转换元件具有光电转换层、载流子传输层、和催化剂层，所述的光电转换层由吸附了染料的多孔半导体层构成；上述中的任一太阳能电池单元中的第2导电层和与该太阳能电池单元相邻的其它太阳能电池单元中的第1导电层相接触，并且所述与该太阳能电池单元相邻的其它太阳能电池单元中的光电转换元件与该太阳能电池单元中的第2导电层相接触。
也就是说，本发明涉及的是一种Z型结构的染料敏化太阳能电池组件，通过制成下述结构——任一太阳能电池单元中的第2导电层和与该太阳能电池单元相邻的太阳能电池单元中的光电转换元件相互接触的结构，可以使制得的太阳能电池组件与传统的染料敏化太阳能电池组件相比占有更大的有效发电面积比例，进而可实现其电流密度的提高。
以下，在本发明书中的某些情况下将“染料敏化太阳能电池组件”简称为“太阳能电池组件”、将“太阳能电池单元”简称为“单元”、将“吸附了染料的多孔半导体层”简称为“多孔半导体层”。
在本发明中，为了使任一太阳能电池单元中的载流子传输层和与该太阳能电池单元相邻的太阳能电池单元中的载流子传输层之间不相接触，利用第2导电层使上述两个载流子传输层分离。
在传统技术中，如果太阳能电池组件内部的相邻太阳能电池单元中的载流子传输材料之间相互有连接，将发生太阳能电池组件的电流泄漏，因此通常在单元之间形成树脂等绝缘材料。可是，当设置非发电部分的绝缘层时，将导致太阳能电池组件中的有效发电部分(尤其是光电转换层)相对于受光面的比例降低。因此，在本发明中，通过利用第2导电层使相邻单元中的载流子传输层相互分离，不仅不会引起载流子传输材料在单元之间的转移，而且使光电转换元件与第2导电层之间相互连接，从而可形成一种与传统技术相比其太阳能电池组件中的有效发电部分相对于受光面的比例不降低的结构，进而可获得高性能的太阳能电池组件。
在本发明中，第2导电层可以由2种以上材料构成，进一步，也可以由1层或2层以上构成。
当使用采用了碳粒子(碳粒子通常可被用于太阳能电池组件的事实已被公开)的浆料等形成第2导电层时，在形成的第2导电层内的碳粒子之间渗入载流子传输材料等，渗入的载流子传输材料等将转移至相邻的太阳能电池单元中。为了防止该转移，考虑了增加第2导电层的宽度等方法，但这些方法将使有效受光面积减小，而所述有效受光面积对于发电是有积极作用的。进一步，当在载流子传输材料中使用氧化还原性材料时，如果第2导电层是具有碳等催化能力的材料，则在相邻单元的第2导电层表面发生氧化还原反应，使太阳能电池组件内部发生短路，进而使电流无法应用于外部。另外，当在载流子输送材料中使用强腐蚀性材料时，必须使用具有耐腐蚀性的材料来形成第2导电层材料。
由此，在本发明中，当在载流子传输材料中使用氧化还原性材料作为第2导电层的材料时，优选使用没有催化能力的材料，作为所述的没有催化剂作用的材料，可列举钛、钽、镍等金属、或含有钛、钽、镍、锡、铝、锌、镁、铟、钼、钨等之中的1种以上金属的合金、或上述金属与上述合金的组合，可有选择地使用上述金属及合金中的1种或2种以上。另外，还可以列举ITO(铟-锡复合氧化物)、IZO(铟-锌复合氧化物)、涂布了氟的氧化锡、涂布了硼、镓或铝的氧化锌、涂布了铌的氧化钛等透明导电性金属氧化物。
如上所述，由于第2导电层担任着防止载流子传输材料向相邻太阳能电池单元中转移的角色，因此，当使用选自上述金属、合金及金属氧化物中的至少1种材料、利用蒸镀法或溅射沉积法来形成第2导电层(特别是形成1层)时，优选在第2导电层中形成致密膜，该致密膜的致密程度应满足使载流子传输材料无法渗入。也就是说，由于第2导电层是通过蒸镀法或溅射沉积法沉积上述材料而形成的沉积膜，因此如果通过调节成膜条件来形成致密的沉积膜，则载流子传输材料不发生浸透。另一方面，如果不形成致密的沉积膜，则其间隙成为使载流子传输材料渗入的孔隙，进而使载流子传输材料渗入沉积膜，引起电流泄漏。另外，当形成的第2导电层是致密膜时，其膜形成时间可以缩减至第2导电层形成致密膜时以下。
当第2导电层由材料不同的2层以上构成时，可以具有下述(a)～(e)各方式。
(a)在元件形成领域之间或其附近位置上形成由无机材料构成的第2导电层的基底层，在该基底层上同时形成部分导电层和其余部分导电层，其中，所述部分导电层构成第2导电层一部分，所述其余部分导电层从光电转换元件上方经由部分导电层形成第2导电层的其余部分。
(b)在元件形成领域之间或其附近位置上形成由树脂材料构成的第2导电层的基底层，在该基底层上同时形成部分导电层和其余部分导电层，其中，所述部分导电层构成第2导电层一部分，所述其余部分导电层从光电转换元件上方经由部分导电层形成第2导电层的其余部分。
(c)在元件形成领域之间或其附近位置上形成构成第2导电层一部分的部分导电层，使树脂浸入到该部分导电层后，从光电转换元件上方经由部分导电层形成第2导电层的其余部分。
当在第2导电层的基底层中使用无机材料时，如果使用对载流子传输材料具有强腐蚀性的材料，则其基底层也优选使用耐腐蚀性材料，例如，优选使用氧化硅、氧化硼、氧化铋、氧化钛等材料。另外，作为用于基底层中的树脂及浸透于第2导电层的部分导电层中的树脂，可以使用形成后述密封层的树脂，其中，所述密封层用于密封太阳电池单元。
(d)另外，第2导电层的基底层并非使用上述无机材料或树脂材料来形成，而是使用第2导电层的上述形成材料形成，进一步，各太阳电池单元的光电转换元件和第2导电层之间也可以形成有绝缘层。该绝缘层可以使用与形成上述基底层的无机材料相同的无机材料形成。
(e)进一步，还可以在利用上述(a)形成第2导电层之后，再将树脂材料浸入到第2导电层的缝隙之间来形成。
通过上述(a)～(e)的各方式，可以提高防止载流子传输材料转移的效果。另外，当第2导电层(部分导电层)或绝缘层形成之后，通过形成光电转换元件(尤其是光电转换层)并使其与上述形成的第2导电层或绝缘层相接触，可以使其非发电部分的面积与传统技术相比急剧减小，同时发光部分面积变大。
本发明的染料敏化太阳能电池组件优选在绝缘性基板上具有密封层，进一步还优选在密封层上具有覆盖膜，其中，所述密封层在多个形成的太阳能电池单元上方对它们进行整体密封。
进一步，针对本发明的染料敏化太阳能电池组件的各组成要素进行具体说明。
(绝缘性基材)
当绝缘性基材(以下可能单独称为“基材”)被置于太阳能电池的受光面侧时，优选其至少具有透光性，厚度为0.2～5mm左右。作为构成所述基材的透光性材料，可列举例如钠钙玻璃、熔融石英玻璃、晶体石英玻璃等玻璃基材、挠性薄膜等耐热性树脂等。
作为所述挠性薄膜(以下称为“薄膜”)，可列举例如四乙酰纤维素(TAC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯硫(PPS)、聚碳酸酯(PC)、多芳基化合物(PA)、聚醚酰亚胺(PEI)、苯氧基树脂等。当基材上因加热而形成其它层时，例如，当在基板上加热至250℃左右而形成导电层时，特别优选在上述薄膜材料中也存在具有250℃以上耐热性的特氟隆(注册商标)。
另外，当将完成的太阳能电池组件安装于其它结构体上时，可以利用基材。即，使用金属加工部件和螺钉可以简单地将基材的周边部位固定于其它支撑体上。
(第1导电层)
当第1导电层被置于太阳能电池的受光面侧时，该第1导电层必须具有透光性。不过，只要具有在本质上至少使对后述的敏化染料具有有效灵敏度的波长的光透过的透光性即可，不必对所有波长范围的光具有透过性。
作为第1导电层的透光性材料，可列举例如铟锡复合氧化物(ITO)、涂布了氟的氧化锡(FTO)、氧化锌(ZnO)等。本发明中尤其优选在由碱石灰浮法玻璃制成的透光性基材(支撑体)上层叠有由FTO构成的透光性导电层的透光性导电基材。对于在透光性基材上形成透光性导电层的方法并无特殊限制，可列举例如公知的溅射沉积法、喷雾法等。透光性导电层的膜厚优选在0.02～5μm左右；膜电阻越低越好，优选在40Ω/sq以下。
另外，为了降低第1导电层的电阻，还可以加入金属导线。作为金属导线的材质，优选铂、金、银、铜、铝、镍、钛等。可利用例如公知的溅射沉积法、蒸镀法、网版印刷法等在基材上形成金属导线，并在含有金属导线的基材上形成第1导电层。或者，也可以在基材上先形成第1导电层之后，再在形成的第1导电层上形成金属导线。然而，由于设置金属导线可能导致入射光量的降低，因此优选金属导线粗0.1～4mm左右。另外，当所述金属导线被后述的载流子传输层腐蚀时，可采用含有氧化硅的玻璃材料等对其进行保护。
(多孔半导体层)
多孔半导体层由半导体构成，其形态可以采用微粒状、具有大量微孔的膜状等各种形态，其中优选膜状形态。作为构成所述多孔半导体层的半导体，只要使用通常被用于光电转换材料的半导体材料则无特殊限制，可列举例如氧化钛、氧化铁、氧化铌、氧化锆、氧化铈、氧化钨、氧化镍、钛酸锶、硫化镉、硫化铅、硫化锌、磷化铟、铜-铟硫化物(CuInS2)、CuAlO2、SrCu2O2等中的单个化合物或它们的组合。其中，优选氧化钛、氧化锌、氧化锡、氧化铌；从光电转换效率、稳定性以及安全性方面考虑，尤其优选氧化钛。
在本发明中，所述氧化钛包括锐钛型氧化钛、金红石型二氧化钛、无定形氧化钛、偏钛酸、正钛酸等各类狭义氧化钛、及氢氧化钛、含水氧化钛等。根据其制法或热历史的不同，可以取上述锐钛型和上述金红石型这两种晶体中的任一晶型，但通常为锐钛型。特别是，考虑到本发明的有机染料敏化，优选其中锐钛型含量高者，优选其锐钛型含量的比例在80％以上。
从增强稳定性、易于晶体成长、降低制造成本等方面考虑，构成多孔半导体层的上述半导体优选由微粒形成的多晶熔结体。另外，也可以混合使用2种以上具有相同或不同微粒尺寸的半导体。
具有不同微粒尺寸的半导体微粒，优选它们的平均粒径比例具有10倍以上差异。为了使入射光散射从而提高其光捕获率，可以使用平均粒径大的半导体微粒，所述的大平均粒径优选为100～500nm；为了增多染料吸附点从而增加吸附量，可以在平均粒径大的半导体微粒中混合平均粒径小的半导体微粒，所述的小平均粒径优选为5～50nm。特别是，当混合不同半导体时，如果选择染料吸附作用较强的半导体作为小粒径微粒，则可以更有效地增加染料吸附量。
进一步，为了最大限度地利用入射光，优选使多孔半导体层具有至少2层以上的结构，特别优选从光的入射侧起以光散射性由低到高的顺序依次层叠各层(从低散射层至高散射层)。
作为在第1导电层上形成膜状多孔半导体层的方法，没有特殊限制，可列举公知的方法。具体而言，可列举(1)利用网版印刷法、喷墨印刷法等将含有半导体微粒的浆料涂布于第1导电层上之后进行烧结的方法；(2)通过采用了所需要的原料气的CVD法或MOCVD法等在第1导电层上成膜的方法；(3)通过采用了原料固体的PVD法、蒸镀法、溅射沉积法等在第1导电层上成膜的方法；(4)通过溶胶-凝胶法、利用了电化学氧化还原反应的方法等在第1导电层上成膜的方法等。在上述方法中，由于使用了浆料的网版印刷法可以以低成本形成厚膜的多孔半导体层，因此尤为优选。
多孔半导体层的膜厚没有特殊限制，但考虑到其光电转换效率，优选在0.5～50μm左右。另外，多孔半导体层的宽度也没有特殊限制，但优选1mm～20mm左右，当在第1导电层上形成导线时(如上所述)，其宽度可进一步增加。
另外，为了提高太阳能电池的光电转换效率，优选通过多孔半导体层吸附大量后述染料、进而形成光电转换层。为此，膜状多孔半导体层优选具有较大的比表面积，其比表面积优选在10～200m2/g左右。另外，本说明书中给出的比表面积是通过BET吸附法测定的数值。
作为上述的半导体微粒，在市售产品之中，可列举由具有适当平均粒径、例如1～500nm左右平均粒径的元素半导体或化合物半导体构成的微粒。
以下针对使用氧化钛微粒作为半导体微粒来形成多孔半导体层的方法中的一个实例进行具体说明。
首先，将125mL异丙氧基钛(Kishida Chemicals株式会社制)滴入到0.1M硝酸水溶液(Kishida Chemicals株式会社制)750mL中，进行水解，通过在80℃加热8小时，进行溶胶液的制备。随后，利用钛制高压灭菌器在230℃下使粒子成长1小时、并进行30分钟超声波分散，可制备含有平均一次粒径15nm的氧化钛微粒的胶体溶液，通过向其中加入2倍的乙醇、并在5000rpm下进行离心分离，可制备氧化钛微粒。此外，本说明书中所述的平均粒径是通过SEM观察而测定的数值。
接着，对获得的氧化钛微粒进行清洗之后，通过加入溶解了乙基纤维素和松油醇的无水乙醇并进行搅拌，从而使氧化钛微粒分散。随后，在真空条件下加热混合液、蒸发其中的乙醇，获得氧化钛浆料。调节浓度使其中的例如氧化钛固体浓度为20重量％、乙基纤维素为10重量％、松油醇为64重量％，以此作为其最终组成。
作为用于制备含有半导体微粒的悬浊液浆料的溶剂，除了上述以外，还可列举乙二醇单甲基醚等乙二醇二醚类溶剂、异丙醇等醇类溶剂、异丙醇/甲苯等混合溶剂、水等。
进一步，将利用上述方法制得的含有半导体微粒的浆料涂布于第1导电层上并进行烧结，获得多孔半导体层。进行干燥及烧结时的温度、时间、气体氛围等条件必须要根据所使用的基材及半导体微粒的种类进行适当调节。烧结可以在下述条件下进行：例如，在大气氛围中或非活性气体氛围中、50～800℃左右范围内，进行10秒～12小时左右的烧结。所述干燥及烧结可以在单一温度下进行1次，也可以在不同温度下进行2次以上。(染料)
作为吸附在多孔半导体层上、发挥光敏剂作用的染料，可列举在可见光区域或红外光区域中的至少一个区域中存在吸收的各种有机染料、金属络合物染料等，可选择使用上述各种光敏染料中的1种或2种以上。
作为所述有机染料，可列举例如偶氮类染料、醌类染料、醌亚胺类染料、喹吖啶酮类染料、squarylium类染料、花青类染料、部花青类染料、三苯甲烷类染料、呫吨类染料、卟啉类染料、二萘嵌苯类染料、靛蓝类染料、萘花青类染料等。与金属络合物染料相比，有机染料通常具有较高的吸光度，其中，所述金属络合物染料具有分子配位键合在过渡金属上的结构。
作为所述金属络合物染料，可列举具有分子配位键合在下述金属上的结构的染料，所述金属包括：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、Rh等；在所述金属络合物染料中，优选使用酞菁类染料和钌类染料等，其中，更优选使用钌类金属配合物染料，尤其优选以下述式(1)、式(2)、式(3)表示的染料。
[化学式1]
Figure A200780025600D00161
另外，为了使染料牢固地吸附于多孔半导体层，优选使染料分子中具有羧基、酸酐基、烷氧基、羟基、羟基烷基、磺酸基、酯基、巯基、膦基等互锁基团。在上述基团中，尤其优选羧基及酸酐基。另外，所述互锁基团提供电连接，该电连接使电子易于在激发态染料和多孔半导体层的导带之间迁移。
作为使染料吸附于多孔半导体层的方法，可列举例如将在第1导电层上形成的多孔半导体层浸渍于溶有染料的溶液(吸附染料用溶液)中的方法。
作为溶解染料的溶剂，只要是可溶解染料的溶剂即可，具体而言，可列举例如乙醇等醇类、丙酮等酮类、二乙醚、四氢呋喃等醚类、乙腈等含氮化合物、三氯甲烷等卤代脂肪烃、己烷等脂肪烃、苯等芳香烃、乙酸乙酯等酯类、水等。上述溶剂也可以2种以上混合使用。
溶液中的染料浓度可根据使用的染料及溶剂种类进行适当调节，但为了提高其吸附能力，优选尽量使用高浓度溶液，例如，优选其浓度在5×10-4摩尔/升以上。
(载流子传输层)
载流子传输层具有可传输离子的载流子传输材料和多孔绝缘层。其中，所述多孔绝缘层可使多孔光电转换层与催化剂层之间电分离，且可在多孔光电转换层与催化剂层之间实现离子(例如，碘离子)迁移，从而来支撑载流子传输材料。
<载流子传输材料>
作为可用于载流子传输层的载流子传输材料，可优选列举例如液体电解质、固体电解质、凝胶电解质、熔融盐凝胶电解质等。
所述液体电解质可以是含有氧化还原单元的液态物质，只要是通常可以在电池或太阳能电池等中使用的物质，则无特殊限制。具体而言，可列举含有氧化还原单元和可溶解所述氧化还原单元的溶剂的物质、含有氧化还原单元和可溶解所述氧化还原单元的熔融盐的物质、含有氧化还原单元和可溶解所述氧化还原单元的溶剂及熔融盐的物质。
所述固体电解质可以是能够传输电子、空穴、离子，且可用作染料敏化太阳能电池电解质、且无流动性的载流子传输材料。具体而言，可列举聚咔唑等空穴传输材料、四硝基芴酮等电子传输材料、聚吡咯(ポリロ—ル)等导电性聚合物、利用高分子化合物固化液体电解质而得到的高分子电解质、碘化铜、硫氢化铜等p型半导体、利用微粒固化含有熔融盐的液体电解质而得到的电解质等。
所述凝胶电解质通常含有电解质和胶凝剂。作为所述胶凝剂，可列举并优选使用下述高分子胶凝剂：例如交联聚丙烯酸树脂衍生物、交联聚丙烯腈衍生物、聚环氧烷烃衍生物、硅酮树脂类、侧链具有含氮杂环四元化合物盐结构的聚合物等。
所述熔融盐凝胶电解质通常含有凝胶电解质材料和常温型熔融盐。作为所述常温型熔融盐，可列举并优选使用例如吡啶鎓盐类、咪唑盐类等。
作为本发明中使用的氧化还原单元，可列举例如I-/I3 -类、Br2 -/Br3 -类、Fe2+/Fe3+类、醌/氢醌类等氧化还原单元。
所述氧化还原单元具体可优选下述成分：碘化锂(LiI)、碘化钠(NaI)、碘化钾(KI)、碘化钙(CaI2)等金属碘化物与碘(I2)的组合物；四乙铵碘化物(TEAI)、四丙铵碘化物(TPAI)、四丁铵碘化物(TBAI)、四己铵碘化物(THAI)等四烷基铵盐与碘(I2)的组合物；以及溴化锂(LiBr)、溴化钠(NaBr)、溴化钾(KBr)、溴化钙(CaBr2)等金属溴化物与碘(I2)的组合物。在上述成分中，尤其优选LiI与I2的组合物。
另外，作为溶解上述氧化还原单元的溶剂，可列举例如碳酸异丙烯酯等碳酸酯化合物、乙腈等腈类化合物、乙醇等醇类化合物、水、极性非质子溶剂等。在上述溶剂中，尤其优选碳酸酯化合物及腈类化合物。上述溶剂也可以2种以上混合使用。
还可以添加下述物质作为添加剂：叔丁基吡啶(TBP)等含氮芳香族化合物、或二甲基丙基咪唑碘(DMPII)、甲基丙基咪唑碘(MPII)、乙基甲基咪唑碘(EMII)、乙基咪唑碘(EII)、己基甲基咪唑碘(HMII)等咪唑盐。
载流子传输材料中的电解质浓度优选在0.001～1.5摩尔/升范围，尤其优选在0.01～0.7摩尔/升范围。另外，有时也可以在多孔绝缘层中形成上述载流子传输层。
<多孔绝缘层>
作为用于载流子传输层的多孔绝缘层的材料，可列举玻璃、氧化锆、氧化硅、氧化铝、氧化硼、氮化铝、氮化硅等。只要将所述多孔绝缘层制备成使在该多孔绝缘层上进一步层叠的第2导电层与第1导电层之间不相接触的形状，则对于该多孔绝缘层的制备方法没有特殊限制，可以通过例如与制备多孔半导体层相同的方法使其形成。另外，该多孔绝缘层可以同时被用作对应于上述多孔半导体层的高散射层。
(催化剂层)
可以在上述多孔绝缘层上形成催化剂层。也就是说，催化剂层与光电转化层之间相互接触。作为构成催化剂层的材料，优选可活化载流子传输层的氧化还原反应的材料。优选例如铂(功函数：6.35eV)、炭黑、石墨、玻璃碳、无定形碳、硬碳、软碳、碳晶须、碳纳米管、fullerene(富勒烯)等碳(功函数：4.7eV)。
当催化剂层采用铂时，可以通过PVC法、蒸镀法、溅射沉积法等公知的技术来形成催化剂层；采用碳时，可以将碳分散在溶剂中制成浆料状后、利用所谓网版印刷法使所述浆料形成涂布膜，经干燥及烧结来形成催化剂层。
(第2导电层)
第2导电层的部分导电层及其其余部分导电层可以单独使用上述金属、合金、金属氧化物中的一种，也可以多种组合使用。
另外，可以通过利用网版印刷法来涂布、干燥及烧结上述的无机材料或后述的密封层形成用树脂材料，从而来形成第2导电层的基底层。
(密封层)
由于密封层的存在可防止载流子传输层的载流子传输材料挥发和水等渗入电池内部，因此重要。同时，由于密封层可以吸收作用在太阳能电池组件上的坠落物及应力(冲击)，并可以在长期使用时吸收作用在基材上的挠曲等，因此重要。
作为构成密封层的材料，优选硅酮树脂、环氧树脂、聚异丁烯类树脂、热熔性树脂、玻璃粉等，可以使用2种以上的上述树脂并使其2层以上的结构。当使用腈类溶剂、碳酸酯类溶剂作为氧化还原性电解质的溶剂时，尤其优选硅酮树脂或热熔性树脂(例如，离聚物树脂)、聚异丙烯类树脂、玻璃粉树脂。
作为密封层的图案，当使用硅酮树脂、环氧树脂、玻璃粉树脂时，可通过定量分料器使图案形成；当使用热熔性树脂时，通过在板状的热熔性树脂上有图案地打孔，可使图案形成。
(覆盖膜)
作为覆盖膜，没有特殊限制，但由于使用聚乙烯等塑料薄膜可以实现其轻量化及低成本化，因此优选；作为覆盖膜的厚度，适宜在50～1000μm左右。另外，还可以使用被应用于锂电池等的金属和塑料的层叠结构。
以下，参照附图对本发明的染料敏化太阳能电池组件的各种结构的实施方式进行详细说明，但本发明不受限于这些实施方式。
(实施方式1)
图1为显示本发明的染料敏化太阳能电池组件的实施方式1的截面示意图。
实施方式1的染料敏化太阳能电池组件具有多个电串联连接的太阳能电池单元S1，每个所述单元S1具有下述结构：透光性绝缘性基材1；在绝缘性基材1上形成的透光性第1导电层2；在第1导电层2上形成的光电转换元件，在该光电转换元件中依次形成有由吸附了染料的多孔半导体层构成的光电转换层3、载流子传输层4、和催化剂层5；和在上述光电转换元件上形成的第2导电层6。上述的多个单元S1全部被密封层7覆盖，同时，在密封层7上层叠了覆盖膜8。另外，对于密封层7及覆盖膜8是否有透光性没有特殊限制。
上述实施方式1的染料敏化太阳能电池组件的结构特征包括下述三个方面：其中的任一太阳能电池单元S1中的第2导电层6延伸至与该太阳能电池单元S1相邻的其它太阳能电池单元S1中的第1导电层中，并与其相接触；任一太阳能电池单元S1中的第2导电层6延伸至与该太阳能电池单元S1相邻的其它太阳能电池单元S1中的光电转换层中，并与其相接触；以及第2导电层6是采用了2种材料的3层结构。
如果对上述太阳能电池组件的结构进行更加详细的说明，则包括：在基材1上以固定间隔分开形成多个第1导电层2，并且在除了位于图1中最左侧的第1导电层2以外的其余各个第1导电层2的左侧端部上形成第2导电层6的一个构成层——基底层6B。所述基底层6B由无机材料或树脂材料构成。进一步，在各个基底层6B上形成第2导电层6的一个构成层—一部分导电层6A。另外，基底层6B的膜厚优选在1～100μm左右，基材的平面方向宽度优选在1～1000μm左右。部分导电层6A的膜厚优选1～100nm左右。可是，上述数据由于与后述的光电转换层膜厚相关，因此不受限于所述数值。
在除了图1中位于最左侧的第1导电层2以外的其余各个第1导电层2上形成的各个光电转换元件中，光电转换层3与上述的部分导电层6A相接触，在所述光电转换层3上层叠载流子传输层4，所述载流子传输层4的一端与部分导电层6A相接触、另一端与相邻两个第1导电层2之间的基材1表面相接触。在任一单元S1中，主要通过其基底层6来防止其载流子传输层4的载流子传输材料转移到与该单元S1相邻的单元S1中。由此，光电转换层3与载流子传输层4的总膜厚优选小于基底层6B的膜厚。
此外，在载流子传输层4上层叠有催化剂层5，进一步，从催化剂层5上直到部分导电层6A，层叠有第2导电层6的一个构成层——其余部分导电层6C，该其余部分导电层6C填补了光电转换元件和部分导电层6A之间的空隙。所述其余部分导电层6C可以采用与部分导电层6A不同的导电性材料来形成，但由于当二者使用相同材料形成时可以缩短成膜时间，因此优选。
另外，图1中位于最左侧的太阳能电池单元S1中的光电转换元件上形成的其余部分导电层6C也与部分导电层6A相接触。
(实施方式2)
图2为显示本发明的染料敏化太阳能电池组件的实施方式2的截面示意图。
实施方式2的染料敏化太阳能电池组件与实施方式1相同，具有多个串联连接的太阳能电池单元S2，每个所述单元S2具有下述结构：透光性绝缘性基材21；在绝缘性基材21上形成的透光性第1导电层22；在第1导电层22上形成的光电转换元件，在该光电转换元件中依次形成有由吸附了染料的多孔半导体层构成的光电转换层23、载流子传输层24、和催化剂层25；和在上述光电转换元件上形成的第2导电层26。上述的多个单元S2全部被密封层27覆盖，同时，在密封层27上层叠了覆盖膜28。
上述实施方式2的太阳能电池组件与实施方式1的不同结构特征包括：在各个太阳能电池单元S1中的第2导电层26和光电转换元件之间形成绝缘层29；以及第2导电层26是采用了1种材料的双层结构。
如果主要对上述太阳能电池组件在结构上与实施方式1的不同点进行说明，则包括：在相邻的两个第1导电层22之间设置有由无机材料或树脂材料构成的绝缘层29，并且在除了图1中位于最左侧的第1导电层22以外的其余各个第1导电层22的左侧端部上形成第2导电层6的一个构成层—一部分导电层26A。所述绝缘层29的膜厚优选在1～100μm左右，基材的平面方向宽度优选在1～1000μm左右。另外，所述部分导电层26A的膜厚优选在1～100nm左右，基材的平面方向宽度优选在1～1000μm左右。
另外，从催化剂层25上直到部分导电层26A，层叠有第2导电层26的一个构成层——其余部分导电层26C，该其余部分导电层26C填补了光电转换元件和部分导电层26A之间的空隙。所述其余部分导电层26C可以采用与部分导电层26A不同的导电性材料来形成，但由于当二者使用相同材料形成时可以缩短成膜时间，因此优选。
在除了图2中位于最左侧的第1导电层2以外的其余各个第1导电层2上形成的各个光电转换层23及载流子传输层24，其一端与上述的部分导电层26A相接触，另一端与绝缘层29相接触。另外，在位于图2中最左侧的光电转换元件中，仅在其一侧的其余部分导电层处与绝缘层29相接触。具有上述结构的太阳电池组件主要通过其绝缘层29来防止其各个单元S2的载流子传输层24中的载流子传输材料转移到与该单元S2相邻的单元S2中。由此，光电转换层23与载流子传输层24的总膜厚优选小于绝缘层29的膜厚。
(实施方式3)
图3为显示本发明的染料敏化太阳能电池组件的实施方式3的截面示意图。
实施方式3的染料敏化太阳能电池组件与实施方式1及2相同，具有多个串联连接的太阳能电池单元S3，每个所述单元S3具有下述结构：透光性绝缘性基材31；在绝缘性基材31上形成的透光性第1导电层32；在第1导电层32上形成的光电转换元件，在该光电转换元件中依次形成有由吸附了染料的多孔半导体层构成的光电转换层33、载流子传输层34、和催化剂层35；和在上述光电转换元件上形成的第2导电层36。上述的多个单元S3全部被密封层37覆盖，同时，在密封层37上层叠了覆盖膜38。
上述实施方式3的太阳能电池组件与实施方式1及2的不同结构特征在于：在各个太阳能电池单元S1中的第2导电层26和光电转换元件之间形成绝缘层39，该绝缘层39同时作为第2导电层36的一个构成层(部分导电层36A)的基底层；以及各个光电转换层33扩展到相邻2个第1导电层32之间、并与绝缘层39相接触。
如果主要对上述太阳能电池组件在结构上与实施方式1及2的不同点进行说明，则包括：在除了置于图3中最左侧的第1导电层32以外的其余各个第1导电层32的左侧端部上形成由无机材料或树脂材料构成的绝缘层39，同时上述的部分导电层36A被层叠在绝缘层39上。所述绝缘层39的膜厚优选在1～100μm左右，基材的平面方向宽度优选在1～1000μm左右。另外，所述部分导电层36A的膜厚优选在1～100μm左右。
另外，在催化剂层35上层叠有第2导电层36的一个构成层——其余部分导电层36C，该其余部分导电层36C与部分导电层36A处于相接触状态，所述其余部分导电层36C可以采用与部分导电层36A不同的导电性材料来形成，但由于当二者使用相同材料形成时可以缩短成膜时间，因此优选。
在除了图2中位于最左侧的第1导电层2以外的其余各个第1导电层2上形成的各个光电转换层33及载流子传输层34，其一端与上述的部分导电层36A相接触，另一端与绝缘层39相接触。另外，在图3中位于最左侧的光电转换元件中，仅在其一侧的其余部分导电层处与绝缘层39相接触。具有上述结构的太阳电池组件主要通过其绝缘层39来防止其各个单元S3的载流子传输层34中的载流子传输材料转移到与该单元S3相邻的单元S3中。由此，光电转换层33与载流子传输层34的总膜厚(第1导电层32的厚度除外)优选小于绝缘层39的膜厚。
(其它实施方式)
1.在实施方式1中例示了使用无机材料或树脂材料来形成基底层6B的情况，但也可以在基底层6B及部分导电层6A的形成位置使树脂材料浸透于导电层中来形成第2导电层的部分导电层，通过该部分导电层，可以防止载流子传输层中的载流子传输材料在单元间转移。
2.在实施方式3中例示了使用无机材料或树脂材料来形成绝缘层39的情况，但也可以在绝缘层39及部分导电层36A的形成位置使树脂材料浸透于导电层中来形成第2导电层的部分导电层，通过该部分导电层，可以防止载流子传输层中的载流子传输材料在单元间转移。
3.在实施方式2中例示了在形成第2导电层以外单独形成绝缘层的情况，但也可以采用与下述染料敏化太阳能电池组件的制备例3相同的方式来形成第2导电层的基底层。进一步，在该种情况下，也可以通过网版印刷使绝缘层29和第2导电层26A的基底层这2层同时形成，并且，也可以在绝缘层29和第2导电层26A的基底层作为1层形成以后，使用上述装置将上述形成的层分为两部分，从而形成绝缘层29和第2导电层26A的基底层。
包括如上所述的实施方式1～3的本发明的染料敏化太阳能电池组件的制备方法具有下述步骤(A)和步骤(B)，所述步骤(A)在绝缘性基材上的多个第1导电层上分别形成光电转换元件，其中，所述光电转换元件具有光电转换层、载流子传输层、和催化剂层，所述的光电转换层由吸附了染料的多孔半导体层构成，所述步骤(B)是从任一光电转换元件之上开始形成第2导电层、并直至使该第2导电层和与该光电转换元件相邻的其它光电转换元件之下的第1导电层相接触，从而形成电串联的多个太阳能电池单元；在所述染料敏化太阳能电池组件的制备方法中，形成的任一太阳能电池单元中的第2导电层和与该太阳能电池单元相邻的其它太阳能电池单元中的光电转换元件相接触。
另外，在上述制备方法中，所述步骤(B)在所述步骤(A)之前还可以包含在绝缘性基材上的元件形成区域之间形成构成第2导电层的一部分的部分导电层的步骤；该情况下，在所述步骤(A)中，光电转换元件与上述的部分导电层相接触。
其次，在步骤(A)之前，包含在绝缘性基材上的元件形成区域之间涂布绝缘层形成材料的步骤；所述步骤(A)包含在第1导电层上涂布多孔半导体层形成材料的步骤、和同时对所述绝缘层形成材料和多孔半导体层形成材料进行烧结的步骤。
此外，在步骤(A)中，
可以使用表面具有相互分离形成的多个第1导电层的绝缘性基板，或者，也可以在步骤(A)之前包含在相同位置切除部分导电层的一部分及第1导电层的一部分的步骤。
以下通过实施例对本发明的染料敏化太阳能电池组件的具体制备步骤进行说明。
实施例
(实施例1)
在实施例1中，按照下述过程制备了具有实施方式1(图1)的结构的染料敏化太阳能电池组件。
首先，在基材上的第1导电层2的指定位置上使用搭载了YAG激光(基本波长1.06μm)的激光划片装置(Ceishin Trading株式会社制)，通过激光照射使SnO2膜蒸发，从而形成线宽为0.5mm的位置线(图4(a))。其中，所述基材是在由玻璃制成的绝缘性基材1上使由SnO2膜形成的第1导电层2成膜而获得的附有导电层的玻璃基材(日本板硝子公司制、商品名：附有SnO2膜的玻璃)。
随后，采用网版印刷机(NEWLONG精密工业制LS-150)在各个第1导电层2的指定位置上涂布玻璃浆料(Noritake公司制、商品名：玻璃浆料)，在100℃干燥15分钟以后，通过使用烧结炉在500℃下烧结60分钟，形成了膜厚30μm的第2导电层的基底层6B。在此基础上，使用蒸镀机(ANELVA制EVD 500A)以0.02nm/sec的蒸镀速度蒸镀钛，从而形成了无定形的、膜厚为300nm的第1导电层的部分导电层6A(图4(b))。另外，当仅利用部分导电层6A来形成可用于阻止载流子传输材料的转移的致密膜时，基底层部分也可以作为部分导电层。
接着，采用网版印刷机(NEWLONG精密工业制LS-150)在各个第1导电层2的指定位置上涂布市售的氧化钛浆料(Solaronix公司制、商品名Ti-Nanoxide T/SP)，并通过使用烧结炉(DENKEN公司制KDF P-100)在空气中500℃下烧结40分钟，形成了由氧化钛层形成的膜厚8μm的多孔半导体层。进一步，采用网版印刷机(NEWLONG精密工业制LS-150)在上述氧化钛层上涂布市售的氧化钛浆料(Solaronix公司制、商品名Ti-NanoxideD/SP)，并通过重复三次使用烧结炉(DENKEN公司制KDF P-100)在空气中500℃下烧结40分钟的操作，形成了膜厚10μm的氧化钛层，最终形成了总膜厚为18μm的多孔半导体层3a(图5(a))。
再接下来，采用网版印刷机(NEWLONG精密工业制LS-150)在多孔半导体层3a上涂布使用平均一次粒径为50nm的氧化锆粒子制备的氧化锆浆料，使用烧结炉在空气中500℃下烧结40分钟，形成了膜厚5μm的多孔绝缘层4a(图5(b))。
随后，使用蒸镀机(ANELVA制EVD 500A)以0.1nm/sec的蒸镀速度蒸镀铂，从而形成了膜厚为50nm的催化剂层5(图6(a))。进一步，通过在催化剂层5上以0.02nm/sec的蒸镀速度蒸镀钛来形成膜厚为300nm的第2导电层的其余部分导电层6C，最终形成了第2导电层6(图6(b))。
将按照上述方法形成的层压体(图6(b))浸渍于以下述方法制备的吸附用染料溶液中，在室温下放置24小时，使多孔半导体层3a吸附染料，从而制得光电转换层3(参照图1)。随后，用乙醇清洗层压体，在约60℃下干燥约2分钟。其中，所述吸附用染料溶液的制备方法如下：将前述式(3)所示的染料(Solaronix公司制、商品名Ruthenium 620)溶解于乙腈和正丁醇以1:1的体积比混合而成的溶剂中，使其浓度为3×10-4摩尔/升。
接着，采用网版印刷机(NEWLONG精密工业制LS-150)在开设了载流子传输材料注入口的覆盖膜8(参照图1)的整个PET板(板厚0.5mm)上涂布紫外线固化树脂(ThreeBond公司制31X-101)，使层压体的第2导电层6与上述紫外线固化树脂相贴合，利用紫外灯(SEN特殊光源株式会社、HR10001N-4)进行紫外线照射，从而使所述树脂固化(参照图1)。
随后，利用毛细管效应从载流子传输材料注入口(无图示)注入下述载流子传输材料，使所述载流子传输材料浸入到多孔性绝缘层4a中，通过封闭载流子传输材料注入口，可获得具有如图1所示的结构的染料敏化太阳能电池组件。
在乙腈(Aldrich Chemical公司制)中溶解0.1摩尔/升浓度的LiI(AldrichChemical公司制)、0.05摩尔/升浓度的I2(Aldrich Chemical公司制)、0.5摩尔/升浓度的TBP(Aldrich Chemical公司制)、0.6摩尔/升浓度的DMPII(四国化成制)，制得载流子传输材料。
在如上所述4组串联而成的实施例1的染料敏化太阳能电池组件中，形成的光电转换层大小为5mm×50mm，参照与图1相对应的图7对其具体的各构成要素的宽度尺寸进行说明，则包括：A为35.75mm、B为7mm、C为31.25mm、D为1mm、E为6mm、F为36mm、G为30mm、H为5mm、I为30mm。
针对该染料敏化太阳能电池组件，在其受光面、即绝缘性基材上设置开口部具有26mm×50mm、13cm2面积的黑色掩模，并采用AM1.5太阳模拟器以1kW/m2强度的光进行照射，测定其短路电流、开放电压、填充因数(fill factor)及其光电转换效率。测定结果为：短路电流值为38.5mA、开放电压为2.7V、FF为0.61、转换效率为4.88％。另外，从垂直方向观察太阳能电池组件的受光面时，其单元发电部分相对于其受光面(光电转换层的面积)的比例经测定为76.92％。
(实施例2)
在实施例2中，按照下述过程制备了具有实施方式2(图2)的结构的染料敏化太阳能电池组件。
首先，在基材上的第1导电层22的指定位置上使用搭载了YAG激光(基本波长1.06μm)的激光划片装置(Ceishin Trading株式会社制)，通过激光照射使SnO2膜蒸发，从而形成线宽为0.5mm的位置线(图8(a))。其中，所述基材是在由玻璃制成的绝缘性基材21上使由SnO2膜形成的第1导电层22成膜而获得的附有导电层的玻璃基材(日本板硝子公司制、商品名：附有SnO2膜的玻璃)。
随后，采用网版印刷机(NEWLONG精密工业制LS-150)在相邻的2个第1导电层22之间涂布玻璃浆料(Noritake公司制、商品名：玻璃浆料)，在100℃干燥15分钟以后，通过使用烧结炉在500℃下烧结60分钟，形成了膜厚30μm的绝缘层29。
接着，使用蒸镀机(ANELVA制EVD 500A)在第1导电层22上绝缘层29近旁的位置上蒸镀钛，从而形成了膜厚为25μm的第2导电层的部分导电层26A(图9(a))。
此后，采用与实施例1相同的方法形成多孔半导体层23a(图9(b))、多孔绝缘层24a(图10(a))、催化剂层25(图10(b))，并形成其余部分导电层26C(图11)，从而形成了最终的第2导电层26。使所述多孔半导体层23a中吸附染料，并按照图2所示、利用密封层27及覆盖膜28进行封闭，使载流子传输材料浸入到多孔性绝缘层24a中，从而获得了染料敏化太阳能电池组件。
在如上所述4组串联而成的实施例2的染料敏化太阳能电池组件中，形成的光电转换层大小为5mm×50mm，参照与图2相对应的图12对其具体的各构成要素的宽度尺寸进行说明，则包括：A为35.5mm、B为7mm、C为31.5mm、D为1mm、E为6mm、F为36mm、G为30mm、H为5mm、I为30mm。
针对该染料敏化太阳能电池组件，在其受光面、即绝缘性基材上设置开口部具有26mm×50mm、13cm2面积的黑色掩模，并采用AM1.5太阳模拟器以1kW/m2强度的光进行照射，测定其短路电流、开放电压、填充因数及其光电转换效率。测定结果为：短路电流值为40.3mA、开放电压为2.716V、FF为0.595、转换效率为4.97％。另外，从垂直方向观察太阳能电池组件的受光面时，其单元发电部分相对于其受光面(光电转换层的面积)的比例经测定为76.92％。
(实施例3)
在实施例3中，按照下述过程制备了具有实施方式3(图3)的结构的染料敏化太阳能电池组件。
首先，使用网版印刷机(NEWLONG精密工业制LS-150)在基材上的第1导电层32的指定位置上涂布玻璃浆料(Noritake公司制、商品名：玻璃浆料)，在100℃干燥15分钟以后，通过使用烧结炉在500℃下烧结60分钟，形成了膜厚30μm的绝缘层39(图13(a))。其中，所述基材是在由玻璃制成的绝缘性基材31上使由SnO2膜形成的第1导电层32成膜而获得的附有导电层的玻璃基材(日本板硝子公司制、商品名：附有SnO2膜的玻璃)。
随后，使用蒸镀机(ANELVA制EVD 500A)在绝缘层39上以0.5nm/sec的蒸镀速度蒸镀钛来形成了膜厚为300nm的第2导电层的部分导电层36A，使形成的该层和绝缘层39的至少相邻接的元件形成区域(图13(a)中的右侧)中的第1导电层32相接触(图13(b))。
接着，使用搭载了YAG激光(基本波长1.06μm)的激光划片装置(Ceishin Trading株式会社制)进行激光照射，来切除13(b)中的绝缘层39的左侧部分，并通过使部分导电层36A、绝缘层39、第1导电层32发生部分蒸发，从而形成线宽为0.5mm的位置线(图13(c))。
此后，采用与实施例1相同的方法形成多孔半导体层33a(图14(a))、多孔绝缘层34a(图14(b))、催化剂层35(图15(a))，并形成其余部分导电层36C(图15(b))，从而形成了最终的第2导电层36。使所述多孔半导体层33a中吸附染料，并按照图3所示、利用密封层37及覆盖膜38进行封闭，使载流子传输材料浸入到多孔性绝缘层34a中，从而获得了染料敏化太阳能电池组件。
在如上所述4组串联而成的实施例3的染料敏化太阳能电池组件中，形成的光电转换层大小为5mm×50mm，参照与图3相对应的图16对其具体的各构成要素的宽度尺寸进行说明，则包括：A为35mm、B为5.751mm、C为30.001mm、D为35.5mm、E为5.751mm、F为30.501mm、G为0.001mm、H为30mm。
针对该染料敏化太阳能电池组件，在其受光面、即绝缘性基材上设置开口部具有22.5mm×50mm、11.25cm2面积的黑色掩模，并采用AM1.5太阳模拟器以1kW/m2强度的光进行照射，测定其短路电流、开放电压、填充因数及其光电转换效率。测定结果为：短路电流值为39.9mA、开放电压为2.712V、FF为0.62、转换效率为5.96％。另外，从垂直方向观察太阳能电池组件的受光面时，其单元发电部分相对于其受光面(光电转换层的面积)的比例经测定为88.88％。
(实施例4)
在实施例4中，除了在下述方面存在不同以外，按照与实施例2相同的方法制备了染料敏化太阳能电池组件。
即，在实施例4中，除下述以外，采用了与实施例2相同的方法来制备染料敏化太阳能电池组件：涂布绝缘层形成材料即玻璃浆料之后，在100℃干燥15分钟，随后，在形成第2导电层、涂布多孔半导体形成材料即氧化钛浆料、并进行干燥之后，同时烧结玻璃浆料和氧化钛浆料，从而来形成绝缘层及多孔半导体层。
在如上所述4组串联而成的实施例4的染料敏化太阳能电池组件中，形成的光电转换层大小为5mm×50mm，参照与图2相对应的图12对其具体的各构成要素的宽度尺寸进行说明，则包括：A为35.5mm、B为7mm、C为31.5mm、D为1mm、E为6mm、F为36mm、G为30mm、H为5mm、I为30mm、J为1mm。
针对该染料敏化太阳能电池组件，在其受光面、即绝缘性基材上设置开口部具有26mm×50mm、13cm2面积的黑色掩模，并采用AM1.5太阳模拟器以1kW/m2强度的光进行照射，测定其短路电流、开放电压、填充因数及其光电转换效率。测定结果为：短路电流值为40.6mA、开放电压为2.710V、FF为0.600、转换效率为5.08％。另外，从垂直方向观察太阳能电池组件的受光面时，其单元发电部分相对于其受光面(光电转换层的面积)的比例经测定为76.92％。
(比较例)
作为比较例，制备了以与代表传统技术4的图21相对应的图17所表示的4组串联而成的染料敏化太阳能电池组件。其制备方法及使用的材料基本上与实施例1相同。
在由此形成的比较例的染料敏化太阳能电池组件中，形成的光电转换层大小为5mm×50mm，参照与图21相对应的图17对其具体的各构成要素的宽度尺寸进行说明，则包括：A为36.5mm、B为9mm、C为31.5mm、D为5mm、E为1mm、F为30mm。
针对该染料敏化太阳能电池组件，在其受光面、即绝缘性基材上设置开口部具有32mm×50mm、16cm2面积的黑色掩模，并采用AM1.5太阳模拟器以1kW/m2强度的光进行照射，测定其短路电流、开放电压、填充因数及其光电转换效率。测定结果为：短路电流值为38.0mA、开放电压为2.708V、FF为0.57、转换效率为3.67％。另外，从垂直方向观察太阳能电池组件的受光面时，其单元发电部分相对于其受光面(光电转换层的面积)的比例经测定为62.5％。
根据得到的结果，实施例1～4的染料敏化太阳能电池组件的转换效率高于比较例的转换效率。可以认为，这是由于：虽然通过实施例及比较例的染料敏化太阳能电池组件内的太阳能电池，基本上获得了相等的吸收，但由于实施例中的太阳能电池组件中，其发电部分的面积相对于受光面的比例较大，因此得到了更高的转换效率。另外还发现，实施例1～4中发电部分面积率最大的实施例3也显示出了最高的转换效率。

Claims (13)

1.一种染料敏化太阳能电池组件，该太阳能电池组件由多个太阳能电池单元电串联而成，所述的太阳能电池单元包括形成在绝缘性基材上的第1导电层、形成在所述第1导电层上的光电转换元件、和形成在所述光电转换元件上的第2导电层；其中，所述光电转换元件包括光电转换层、载流子传输层、和催化剂层，所述的光电转换层由吸附了染料的多孔半导体层构成；上述中的任一太阳能电池单元中的第2导电层和与该太阳能电池单元相邻的其它太阳能电池单元中的第1导电层相接触，并且所述与该太阳能电池单元相邻的其它太阳能电池单元中的光电转换元件与该太阳能电池单元中的第2导电层相接触。
2.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池组件，其中，所述的任一太阳能电池单元中的载流子传输层和与该太阳能电池单元相邻的其它太阳能电池单元中的载流子传输层之间被所述的第2导电层分开，使得它们不相接触。
3.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池组件，其中，所述的第2导电层由2种以上材料构成。
4.根据权利要求3所述的染料敏化太阳能电池组件，其中，所述构成第2导电层的2种以上材料至少包含无机材料和树脂材料中的任一种。
5.根据权利要求3所述的染料敏化太阳能电池组件，其中，所述的第2导电层由2个以上的层构成。
6.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池组件，其中，所述构成第2导电层的材料由钛、钽、镍或下述合金构成，所述合金含有钛、钽及镍中的至少1种金属。
7.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池组件，其中，在所述太阳能电池单元中的光电转换元件和第2导电层之间形成有绝缘层。
8.根据权利要求7所述的染料敏化太阳能电池组件，其中，所述绝缘层由无机材料构成。
9.根据权利要求7所述的染料敏化太阳能电池组件，其中，所述绝缘层与光电转换元件相接触。
10.一种染料敏化太阳能电池组件的制备方法，该方法包括步骤(A)和步骤(B)，
步骤(A)：在绝缘性基材上的多个第1导电层上分别形成光电转换元件，其中，所述光电转换元件具有光电转换层、载流子传输层、和催化剂层，所述的光电转换层由吸附了染料的多孔半导体层构成；
步骤(B)：从任一光电转换元件上面起形成第2导电层、直至和与该光电转换元件相邻的其它光电转换元件下的第1导电层相接触，从而形成电串联的多个太阳能电池单元；
在该染料敏化太阳能电池组件的制备方法中，形成的任一太阳能电池单元中的第2导电层和与该太阳能电池单元相邻的其它太阳能电池单元中的光电转换元件相接触。
11.根据权利要求10所述的染料敏化太阳能电池组件的制备方法，其中，所述步骤(B)包含下述步骤：在所述步骤(A)之前，在绝缘性基材上的元件形成区域之间形成部分导电层，所述的部分导电层构成第2导电层的一部分；
在所述步骤(A)中，形成的光电转换元件与上述的部分导电层相接触。
12.根据权利要求10所述的染料敏化太阳能电池组件的制备方法，其中，在所述步骤(A)之前，包含在绝缘性基材上的元件形成区域之间涂布绝缘层形成材料的步骤；所述步骤(A)包含在第1导电层上涂布多孔半导体层形成材料的步骤、和同时对所述绝缘层形成材料和多孔半导体层形成材料进行烧结的步骤。
13.根据权利要求11所述的染料敏化太阳能电池组件的制备方法，其中，在所述步骤(A)之前，包含在相同位置切除部分导电层的一部分及第1导电层的一部分的步骤。
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