CN101904045A - 染料敏化太阳能电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够获得高光电转换效率、低成本地制造，并具有优良设计性能的染料敏化太阳能电池及其制造方法。染料保持多孔氧化钛层(2a～2d)被形成在透明导电基板(1)上，从而通过选择敏化染料的种类、厚度、堆叠结构、氧化钛微粒的颗粒尺寸，或者，如果氧化钛微粒由具有不同颗粒尺寸的至少两种氧化钛微粒构成，通过选择所述至少两种氧化钛微粒的组合比例，来产生所需颜色，形成所需图案。形成有染料保持多孔氧化钛层(2a～2d)的透明导电基板(1)和形成有对置电极(4)的透明导电基板(3)，以染料保持多孔氧化钛层(2a～2d)和对置电极(4)相对的状态，通过密封剂(5)彼此粘接。电解质层(6)被密封在染料保持多孔氧化钛层(2a～2d)和对置电极(4)之间的空间内，从而使染料敏化太阳能电池被制造出来。

Description

染料敏化太阳能电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及染料敏化太阳能电池及其制造方法，具体地涉及一种适合安装在公共场所的染料敏化太阳能电池及其制造方法。
背景技术
由于太阳能电池是利用太阳光作为能源，将太阳光转换成电能的光电变换装置，因此，对地球环境的影响极小，期望更进一步地推广太阳能电池。
对于太阳能电池，主要为采用单晶硅或多晶硅的晶体硅太阳能电池，以及非晶硅太阳能电池。
另一方面，于1991年由
Figure BPA00001161679900011
等人提出的染料敏化太阳能电池引起了人们的注意，原因在于染料敏化太阳能电池能够取得高光电转换效率，并且，与已知的硅太阳能电池不同，制造时无需大型装置，因此能够低成本地制造(例如，参考非专利文献1)。
染料敏化太阳能电池通常具有如下的结构，即，染料敏化多孔半导体层被布置成与对置电极相对，其中，所述染料敏化多孔半导体层通过使由氧化钛等构成且在透明导电基板上形成的多孔半导体层保持敏化染料而获得，所述对置电极通过在基板上形成铂层等获得；染料敏化太阳能电池的外周部由密封剂密封；并且在电极之间的空间内填充有包含例如碘或碘化物离子等氧化还原类电解质。
引文目录
非专利文献
NPL 1：Nature，353，p.737(1991)
发明内容
当染料敏化太阳能电池被安装到公共场所时，相信使观察者感觉舒适的设计性能优良的染料敏化太阳能电池是优选的。
但是，据本发明的发明者所知，还没有人从此观点出发提出应该使染料敏化太阳能电池具有设计性能。
因此，本发明的目的在于提供一种能够实现高光电转换效率，低成本地制造，并具有优良设计性能的染料敏化太阳能电池及其制造方法。
为了解决上述问题，本发明的第一方面提供一种染料敏化太阳能电池，所述染料敏化太阳能电池包括：透明导电基板；单个或多个多孔氧化钛层，其形成在所述透明导电基板上，由氧化钛微粒构成，并保持敏化染料；对置电极，其被形成为与所述多孔氧化钛层相对；以及电解质层，其形成在所述多孔氧化钛层和所述对置电极之间，其中，所述多孔氧化钛层被形成为，通过选择所述敏化染料的种类、厚度、堆叠结构、所述氧化钛微粒的颗粒尺寸来产生所需颜色，或者，如果所述氧化钛微粒由具有不同颗粒尺寸的至少两种氧化钛微粒构成，则通过选择所述至少两种氧化钛微粒的组合比例来产生所需颜色。
本发明的第二方面提供一种染料敏化太阳能电池的制造方法，所述方法包括如下步骤：单次或多次地按相同图案或不同图案将分散有氧化钛微粒的浆料丝网印刷到透明导电基板上的步骤；通过煅烧所述浆料形成单个或多个多孔氧化钛层的步骤；使所述多孔氧化钛层保持敏化染料的步骤；形成与所述多孔氧化钛层相对的对置电极的步骤；以及在所述多孔氧化钛层和所述对置电极之间形成电解质层的步骤，其中，所述多孔氧化钛层被形成为，通过选择所述敏化染料的种类、厚度、堆叠结构、所述氧化钛微粒的颗粒尺寸来产生所需颜色，或者，如果所述氧化钛微粒由具有不同颗粒尺寸的至少两种氧化钛微粒构成，则通过选择所述至少两种氧化钛微粒的组合比例来产生所需颜色。
在本发明的第一方面和第二方面中，多孔氧化钛层可以被选择性地形成为，通过选择敏化染料的种类、厚度、堆叠结构、氧化钛微粒的颗粒尺寸来产生所需颜色并形成所需图案，或者，如果氧化钛微粒由具有不同颗粒尺寸的至少两种氧化钛微粒构成，则通过选择所述至少两种氧化钛微粒的组合比例来产生所需颜色并形成所需图案。
本发明的第三方面提供一种染料敏化太阳能电池，所述染料敏化太阳能电池包括：透明导电基板；单个或多个多孔半导体氧化物层，其形成在所述透明导电基板上，由半导体氧化物微粒构成，并保持敏化染料；对置电极，其被形成为与所述多孔半导体氧化物层相对；以及电解质层，其形成在所述多孔半导体氧化物层和所述对置电极之间，其中，所述多孔半导体氧化物层被形成为，通过选择所述敏化染料的种类、厚度、堆叠结构、所述半导体氧化物微粒的颗粒尺寸来产生所需颜色，或者，如果所述半导体氧化物微粒由具有不同颗粒尺寸的至少两种半导体氧化物微粒构成，则通过选择所述至少两种半导体氧化物微粒的组合比例来产生所需颜色。
本发明的第四方面提供一种染料敏化太阳能电池的制造方法，所述方法包括如下步骤：单次或多次地按相同图案或不同图案将分散有半导体氧化物微粒的浆料丝网印刷到透明导电基板上的步骤；通过煅烧所述浆料形成单个或多个多孔半导体氧化物层的步骤；使所述多孔半导体氧化物层保持敏化染料的步骤；形成与所述多孔半导体氧化物层相对的对置电极的步骤；以及在所述多孔半导体氧化物层和所述对置电极之间形成电解质层的步骤，其中，所述多孔半导体氧化物层被形成为，通过选择所述敏化染料的种类、厚度、堆叠结构、所述半导体氧化物微粒的颗粒尺寸来产生所需颜色，或者，如果所述半导体氧化物微粒由具有不同颗粒尺寸的至少两种半导体氧化物微粒构成，则通过选择所述至少两种半导体氧化物微粒的组合比例来产生所需颜色。
在本发明的第三方面和第四方面中，多孔半导体氧化物层被选择性地形成为，通过选择敏化染料的种类、厚度、堆叠结构、半导体氧化物微粒的颗粒尺寸来产生所需颜色并形成所需图案，或者，如果半导体氧化物微粒由具有不同颗粒尺寸的至少两种半导体氧化物微粒构成，则通过选择所述至少两种半导体氧化物微粒的组合比例来产生所需颜色并形成所需图案。
构成多孔半导体氧化物层的半导体氧化物微粒的材料示例包括氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)、氧化钨(WO3)、氧化铌(Nb2O5)、钛酸锶(TiSrO3)和氧化锡(SnO2)。在这些材料中，优选锐钛型氧化钛。半导体氧化物微粒的种类不限于这些，并可以以组合的方式使用这些材料。此外，半导体氧化物微粒可选择性地具有例如颗粒形状、管状、棒状等各种形式。
通常，半导体氧化物微粒的平均初级颗粒(primary particle)的尺寸优选为1～200nm，更优选为5～100nm。此外，可以在具有上述平均颗粒尺寸的半导体氧化物微粒中添加平均颗粒尺寸大于上述平均颗粒尺寸的半导体氧化物微粒，从而利用具有较大平均颗粒尺寸的半导体氧化物微粒散射入射光，以提高量子产率。在这种情况下，添加的半导体氧化物微粒的平均颗粒尺寸优选为20～500nm。
在具有这样结构的本发明的染料敏化太阳能电池中，通过选择氧化钛微粒或半导体氧化物微粒所保持的敏化染料的种类、多孔氧化钛层或多孔半导体氧化物层的厚度、堆叠结构、氧化钛微粒或半导体氧化物微粒的颗粒尺寸，或者，如果所述氧化钛微粒或半导体氧化物微粒由具有不同颗粒尺寸的至少两种氧化钛微粒或半导体氧化物微粒构成时，通过选择所述至少两种氧化钛微粒或半导体氧化物微粒的组合比例，多孔氧化钛层或多孔半导体氧化物层可以产生所需颜色。
此外，根据需要，可以使用多孔氧化钛层或多孔半导体氧化物层的图形和布置形成所需图案。换句话说，在本发明中，可以利用多孔氧化钛层或多孔半导体氧化物层来显示所需色彩设计。
根据本发明，可以提供一种除了可以获得公知的染料敏化太阳能电池已具备的高光电转换效率和低制造成本的优点外，还能够实现具有通过显示所需颜色或所需色彩设计获得的优良设计性能的染料敏化太阳能电池。
附图说明
图1为本发明第一实施例的染料敏化太阳能电池的截面图。
图2为本发明第一实施例的染料敏化太阳能电池的俯视图。
图3为当从将要形成染料敏化多孔氧化钛层的透明导电基板的透明导电层侧看染料敏化太阳能电池时，本发明第一实施例的染料敏化太阳能电池的俯视图。
图4为当从将要形成对置电极的透明导电基板的透明导电层侧看染料敏化太阳能电池时，本发明第一实施例的染料敏化太阳能电池的俯视图。
图5为描述本发明第一实施例的染料敏化太阳能电池的制造方法的截面图。
图6为描述用于控制通过使用在本发明第一实施例的染料敏化太阳能电池中包含的染料保持多孔氧化钛层产生的颜色的方法的示意线性图。
图7为描述用于控制通过使用在本发明第一实施例的染料敏化太阳能电池中包含的染料保持多孔氧化钛层产生的颜色的方法的示意线性图。
图8为描述用于控制通过使用在本发明第一实施例的染料敏化太阳能电池中包含的染料保持多孔氧化钛层产生的颜色的方法的示意线性图。
图9为描述用于控制通过使用在本发明第一实施例的染料敏化太阳能电池中包含的染料保持多孔氧化钛层产生的颜色的方法的示意线性图。
图10为描述用于控制通过使用在本发明第一实施例的染料敏化太阳能电池中包含的染料保持多孔氧化钛层产生的颜色的方法的示意线性图。
图11为描述用于控制通过使用在本发明第一实施例的染料敏化太阳能电池中包含的染料保持多孔氧化钛层产生的颜色的方法的示意线性图。
图12为描述用于控制通过使用在本发明第一实施例的染料敏化太阳能电池中包含的染料保持多孔氧化钛层产生的颜色的方法的示意线性图。
图13为描述用于控制通过使用在本发明第一实施例的染料敏化太阳能电池中包含的染料保持多孔氧化钛层产生的颜色的方法的示意线性图。
图14为描述用于控制通过使用在本发明第一实施例的染料敏化太阳能电池中包含的染料保持多孔氧化钛层产生的颜色的方法的示意线性图。
图15为描述用于控制通过使用在本发明第一实施例的染料敏化太阳能电池中包含的染料保持多孔氧化钛层产生的颜色的方法的示意线性图。
图16为描述用于控制通过使用在本发明第一实施例的染料敏化太阳能电池中包含的染料保持多孔氧化钛层产生的颜色的方法的示意线性图。
图17为描述用于控制通过使用在本发明第一实施例的染料敏化太阳能电池中包含的染料保持多孔氧化钛层产生的颜色的方法的示意线性图。
图18为描述用于控制通过使用在本发明第一实施例的染料敏化太阳能电池中包含的染料保持多孔氧化钛层产生的颜色的方法的示意线性图。
图19为描述用于控制通过使用在本发明第一实施例的染料敏化太阳能电池中包含的染料保持多孔氧化钛层产生的颜色的方法的示意线性图。
图20为描述用于控制通过使用在本发明第一实施例的染料敏化太阳能电池中包含的染料保持多孔氧化钛层产生的颜色的方法的示意线性图。
图21为本发明第三实施例的染料敏化太阳能电池的截面图。
图22为表示设置在本发明第三实施例的染料敏化太阳能电池中的光接收面上的光量调节板的结构的截面图。
具体实施方式
在下文中，对用于实现本发明的最佳方式(以下称为实施例)进行说明。
将按照以下的顺序对实施例进行说明。
1.第一实施例(染料敏化太阳能电池及其制造方法)
2.第二实施例(染料敏化太阳能电池)
3.第三实施例(染料敏化太阳能电池)
1.第一实施例
染料敏化太阳能电池的结构
图1为表示第一实施例的染料敏化太阳能电池的截面图。图2为染料敏化太阳能电池的俯视图。图1为沿图2的X-X线的截面图。
如图1和图2所示，在该染料敏化太阳能电池中，在透明导电基板1的透明导电层1b上形成有各自具有所需图案的多个染料保持多孔氧化钛层，透明导电基板1是通过在透明基板1a上形成透明导电层1b获得的。通过染料保持多孔氧化钛层保持的敏化染料的种类以及染料保持多孔氧化钛层的数量、形状和配置，根据染料敏化太阳能电池的光接收面显示的颜色或颜色和图案决定。在此，作为示例，假设形成有四个染料保持多孔氧化钛层2a～2d。图1和图2所示的染料保持多孔氧化钛层2a～2d的形状和布置仅是示意性示例，并无特定限定。另一方面，在透明导电基板3的透明导电层3b上形成有对置电极4，透明导电基板3是通过在透明基板3a上形成透明导电层3b获得的。此外，当形成有染料保持多孔氧化钛层2a～2d的透明导电基板1面对形成有对置电极4的透明导电基板3，从而在染料保持多孔氧化钛层2a～2d与对置电极4之间形成预定间隔时，透明导电基板1和透明导电基板3在夹在它们之间的区域的外周部彼此粘接并由密封剂5密封。染料保持多孔氧化钛层2a～2d与对置电极4之间的间隔，例如为1～100μm，典型的为几十～100μm，优选为1～50μm。由对置电极4、密封剂5以及形成有染料保持多孔氧化钛层2a～2d的透明导电层1b围成的空间填充有电解质层6。在这种情况下，光接收面为透明导电基板1与形成有染料保持多孔氧化钛层2a～2d的面相对的表面。
透明导电基板1和3具有相同的正方形或矩形的平面形状。在这种情况下，如图1和图2所示，当与透明导电基板1和3的彼此正交的两边平行的方向为x轴和y轴时，透明导电基板1和3在x轴方向上错开宽度a，在y轴方向上错开宽度b。例如，当透明导电基板1和3各自具有正方形的平面形状时，透明导电基板1和3在一个对角线的方向上彼此错开，并满足a＝b。在透明导电基板1和3各自的透明导电层1b和3b的位于密封剂5外侧的部分上形成有集电层7。该集电层7被用于允许与外部引线连接，或者当染料敏化太阳能电池彼此连接时使用。
图3表示透明导电基板1的透明导电层1b侧的表面。如图3所示，透明导电层1b被除去了位于透明导电基板1的彼此正交的两边的宽度为a和b的细长区域。透明基板1a在该区域中露出。此外，密封剂5的沿透明导电基板1两边的部分与透明基板1a上的露出的区域粘接(参照图1)。图4表示透明导电基板3的透明导电层3b侧的表面。如图4所示，透明导电层3b被除去了位于透明导电基板3的彼此正交的两边的宽度为a和b的细长区域。透明基板3a在该区域中露出。此外，密封剂5的沿透明导电基板3两边的部分与透明基板3a上露出的区域粘接(参照图1)。虽然未在图4中示出，但对置电极4也具有与透明导电层3b相同的平面形状(参照图1)。在透明导电基板3的一个角部上形成有填充孔8，该填充孔8用于注入电解质层6且最终将被堵住。
透明导电基板1的透明基板1a和透明导电基板3的透明基板3a的材料没有特别限定，可以采用各种透明材料。优选地，透明基板1a和3a具有对从染料敏化太阳能电池外部侵入的水和气体的阻隔性、耐溶剂性、耐候性等特性。透明基板1a和3a的示例包括例如由石英、蓝宝石或玻璃等材料构成的透明无机基板，以及例如由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯硫醚、聚偏氟乙烯、四乙酰纤维素、苯氧基溴化物、芳族聚酰胺、聚酰亚胺、聚苯乙烯、聚芳酯、聚砜或聚烯烃等材料构成的透明塑料基板。在这些基板中，特别是在可见光区域具有高的透射性的基板是优选的，但透明基板1a和3a不限于这样的基板。透明基板1a和3a的厚度不特别限定，可以根据光的透射性以及对从染料敏化太阳能电池的外部到内部的阻隔特性等自由地确定。
优选地，透明导电基板1和3的表面电阻(方块电阻)尽可能地低。具体地，透明导电基板1和3的表面电阻优选为500Ω/sq以下，更优选为100Ω/sq。可以采用公知的材料作为透明导电基板1的透明导电层1b以及透明导电基板3的透明导电层3b的材料。透明导电层1b和3b的材料示例包括铟锡氧化物(ITO)、掺氟氧化锡(FTO)、掺锑氧化锡(ATO)、氧化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)以及铟锌氧化物(IZO)。然而，透明导电层1b和3b的材料不限于这些，并可以以组合的方式使用上述材料。
染料保持多孔氧化钛层2a～2d的敏化染料没有特别限定，只要具有敏化作用。优选地，敏化染料具有吸附到多孔氧化钛层的酸性官能团。具体地，敏化染料优选具有羧基或磷酸基等，并特别优选具有羧基。敏化染料的示例包括诸如罗丹明B、玫瑰红、曙红以及红霉素等呫吨染料；诸如布花青、醌花青(quinocyanine)以及隐花青等花青染料；诸如酚藏花红、卡布里蓝(Cabri blue)、6-巯基嘌呤核苷(thiocine)以及亚甲基蓝等碱性染料；诸如叶绿素、锌卟啉、镁卟啉等卟啉化合物；偶氮染料；酞菁类化合物；香豆素类化合物；联吡啶络合物；蒽醌类染料；以及多环醌类染料。在上述染料中，优选配位体包括吡啶环或咪唑环的金属络合染料，原因在于具有高的量子产率，其中，金属为从由钌Ru、锇Os、铱Ir、铂Pt、钴Co、铁Fe以及铜Cu构成的组中选择的至少一种金属。特别地，优选具有顺-二(异硫氰酸酯)-N，N-二(2，2′-联吡啶-4，4′-二羧酸)-钌(II)或者三(异硫氰酸酯)-钌(II)-2，2′：6′，2″-三联吡啶-4，4′，4″-三羧酸作为基本骨架的染料分子，原因在于宽的吸收波长范围。但敏化染料不限于上述染料。典型地，可以使用上述敏化染料中的一种，但也可以以组合的形式使用上述敏化染料。
将敏化染料吸附到多孔氧化钛层的方法没有特别限定。例如，可以将上述敏化染料溶解到例如醇、腈、硝基甲烷、卤代烃、醚、二甲基亚砜、酰胺、N-甲基吡咯烷酮、1，3-二甲基咪唑啉酮、3-甲基噁唑烷酮、酯、碳酸酯、酮、烃、水等溶剂中，并且可以将多孔氧化钛层浸入到制得的染料溶液中。可替代地，可以将制得的染料溶液涂敷到多孔氧化钛层上。此外，可以添加脱氧胆酸等以抑制敏化染料分子之间的结合。此外，可以选择性地添加紫外线吸收剂。
在吸附敏化染料后，可利用胺对多孔氧化钛层的表面进行处理，从而有助于去除过多吸附的敏化染料。胺的示例包括吡啶、4-叔丁基吡啶以及聚乙烯吡啶等。当胺为液体状态时，可直接使用胺或将胺溶解在有机溶剂中后使用。
对于对置电极4，可以采用任意导电材料。只要在对置电极4的与染料保持多孔氧化钛层2a～2d相对的表面上形成有导电催化剂层，甚至也可以使用绝缘材料。优选采用电化学稳定材料构成对置电极4，例如铂、金、碳或导电聚合物。此外，为了提高氧化还原的催化效果，对置电极4的与染料保持多孔氧化钛层2a～2d相对的表面优选具有微观结构以增大表面积。例如，期望采用铂黑(platinum black)状态的铂或多孔状态的碳。铂黑状态可通过例如铂的阳极氧化法或铂化合物的还原处理等获得。多孔状态的碳可通过烧结碳微粒或煅烧有机聚合物获得。可替代地，具有透明性的对置电极4可通过如下方式形成，即，在透明导电基板3上设置例如由铂等具有高的氧化还原催化效果的金属构成的布线，或者用铂化合物对表面进行还原处理。
对密封剂5的材料没有特殊限定，优选使用具有耐光性、绝缘性以及防水性的材料。密封剂5的材料的示例包括环氧树脂、紫外线固化树脂、丙烯酸树脂、聚异丁烯树脂、EVA(乙烯-醋酸乙烯酯)、离聚物树脂、陶瓷以及各种热封膜。
可采用公知的电解质层作为电解质层6。构成电解质层6的材料的示例包括：碘(I2)与金属碘化物或有机碘化物的组合以及溴(Br2)与金属溴化物或有机溴化物的组合。构成电解质层6的材料的其他示例包括：诸如亚铁氰酸盐/铁氰酸盐和二茂铁/二茂铁离子等金属络合物；多硫化钠和烷基硫醇/烷基二硫化物等含硫化合物；紫罗碱染料；以及氢醌/醌等。对于金属化合物，优选采用锂Li、钠Na、钾K、镁Mg、钙Ca或铯Cs等阳离子。对于有机化合物，优选采用例如四烷基铵、吡啶和咪唑鎓等季铵化合物的阳离子。但阳离子不限于这些，并可以以组合的方式使用。其中，优选采用将I2与碘化锂LiI、碘化钠NaI或诸如碘化咪唑鎓等季铵化合物组合而获得的电解质。电解质盐在溶剂中的浓度优选为0.05～10M，更优选为0.05～5M，再优选为0.2～3M。I2或Br2的浓度优选为0.0005～1M，更优选为0.001～0.5M，再优选为0.001～0.3M。此外，为了提高染料敏化太阳能电池的开路电压，可添加例如4-叔丁基吡啶或苯并咪唑鎓(benzimidazolium)等添加剂。
构成上述电解质组分的溶剂的非限定性示例包括：水、醇、醚、酯、碳酸酯、内酯、羧酸酯、磷酸三酯、杂环化合物、腈、酮、酰胺、硝基甲烷、卤代烃、二甲基亚砜、环丁砜、N-甲基吡咯烷酮、1，3-二甲基咪唑啉酮、3-甲基噁唑烷酮以及烃。另外，可以以组合的方式使用上述溶剂。此外，四烷基-、吡啶-或咪唑鎓-季铵盐的离子液体也可用作溶剂。
为了抑制染料敏化太阳能电池的漏液和电解质的挥发，可以将胶凝剂、聚合物或交联单体等溶解到上述电解质组分中，或者可以使用通过分散无机陶瓷颗粒获得的凝胶状电解质。对于凝胶基质与电解质组分之间的比例，电解质组分多时离子导电率增加，但机械强度降低。相反地，电解质组分过少时机械强度增加，但离子导电率降低。因此，电解质组分的量优选为凝胶状电解质的50～99wt％，更加优选为80～97wt％。此外，还可以通过将电解质和增塑剂溶解到聚合物中并通过挥发去除增塑剂来获得全固体型染料敏化太阳能电池。
在该染料敏化太阳能电池中，染料保持多孔氧化钛层2a～2d被形成为使得，通过选择敏化染料的种类、厚度、堆叠结构、氧化钛微粒的颗粒尺寸，或者，当氧化钛微粒由具有不同颗粒尺寸的至少两种氧化钛微粒构成时，通过选择至少两种氧化钛微粒的组合比例，来产生与在染料敏化太阳能电池的光接收面上显示的图案的着色对应的所需颜色。下面对利用染料保持多孔氧化钛层2a～2d产生的颜色的控制方法进行具体说明。
染料敏化太阳能电池的制造方法
接下来，对该染料敏化太阳能电池的制造方法进行说明。
首先，如图3所示，除去沿着透明导电基板1的彼此正交的两边的区域的透明导电层1b，从而使透明基板1a在该区域中露出。
接下来，对应于将要形成的染料保持多孔氧化钛层2a～2d的图案和将通过染料保持多孔氧化钛层2a～2d产生的颜色，以适当的厚度和适当的次数将通过分散具有适当颗粒尺寸的氧化钛微粒而获得的浆料，涂敷到透明导电基板1的透明导电层1b上。
图5A～图5D表示依次涂敷与染料保持多孔氧化钛层2a～2d对应的浆料P1～P4的示例。然而，浆料P1～P4的涂敷顺序不限于此。
之后，在例如450～650℃的温度下，对如上所述按适当的图案被涂敷有浆料P1～P4的透明导电基板1进行煅烧，以烧结氧化钛微粒。
随后，例如，通过将氧化钛微粒已烧结的透明导电基板1浸入到染料溶液中，使氧化钛微粒中保持敏化染料。由此，形成染料保持多孔氧化钛层2a～2d。
另一方面，如图4所示，在透明导电基板3的透明导电层3b上形成对置电极4之后，除去沿透明导电基板3的彼此正交的两边的区域的对置电极4和透明导电层3b，从而使透明基板3a在该区域中露出。
然后，将透明导电基板1和透明导电基板3设置成使得：染料保持多孔氧化钛层2a～2d和对置电极4彼此相对，并具有例如1～100μm，优选1～50μm的预定间隔，同时，透明导电基板1与透明导电基板3在x轴方向上错开宽度a，在y轴方向上错开宽度b。形成将封入有电解质层6并由密封剂5密封的空间，并且例如通过预先形成在透明导电基板3中的填充孔8，将电解质层6注入到该空间内。之后，堵住该填充孔8。这样，就制造出了预期的染料敏化太阳能电池。
染料敏化太阳能电池的操作
接下来，对该染料敏化太阳能电池的操作进行说明。
入射到透明导电基板1的光接收面的光，穿过透明导电基板1入射到染料保持多孔氧化钛层2a～2d上。入射到染料保持多孔氧化钛层2a～2d上的光激发染料保持多孔氧化钛层2a～2d的敏化染料，从而产生电子。产生的电子迅速地从敏化染料被供给到染料保持多孔氧化钛层2a～2d的氧化钛微粒。另一方面，失去电子的敏化染料接收来自电解质层6的离子的电子，并且已供给电子的分子再从对置电极4的表面接收电子。通过这一系列的反应，在电连接至染料保持多孔氧化钛层2a～2d的透明导电基板1与透明导电基板3之间产生电动势。以这种方式，执行光电转换。
控制染料敏化太阳能电池产生的颜色的方法
下面，对利用染料保持多孔氧化钛层2a～2d控制染料敏化太阳能电池产生的颜色的方法进行具体说明。
1.基于散射颗粒含量的颜色控制
涂敷由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒构成的浆料以形成单一层(厚度：3μm)。然后，在该层上涂敷一混合浆料以形成另一单一层(厚度：5μm或6μm)，该混合浆料是通过在颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒的浆料中混入10～100wt％的由颗粒尺寸为400nm的氧化钛微粒构成的浆料而获得的。之后，进行煅烧使浆料固化。在这种情况下，构成第二层的颗粒尺寸为400nm的氧化钛微粒为光散射颗粒，颜色随颗粒尺寸为400nm的氧化钛微粒的含量改变。
采用D131、D149、N719、黑染料(black dye)以及混合染料(D131+黑染料)作为氧化钛微粒中保持的敏化染料。在此，D131的正式名称为，2-氰基-3-[4-[4-(2，2-二苯基乙烯基)苯基]-1，2，3，3a，4，8b-六氢环戊[b]吲哚-7-基]-2-丙烯酸。此外，D149的正式名称为，5-[[4-[4-(2，2-二苯基乙烯基)苯基]-1，2，3，3a，4，8b-六氢环戊[b]吲哚-7-基]亚甲基]-2-(3-乙基-4-氧代-2-硫代-5-噻唑烷亚基)-4-氧代-3-噻唑烷乙酸。此外，N719为顺-二(异硫氰酸酯)-二(2，2’-联吡啶-4，4’-二羧酸)钌(II)二(四丁铵)络合物，属于一种联吡啶络合物。此外，黑染料为三(异硫氰酸酯)(2，2′：6′，2″-三联吡啶-4，4′，4″-三羧酸)钌(II)三(四丁铵)络合物，属于一种三联吡啶络合物。
图6～图10表示当采用各种敏化染料时，RGB颜色坐标(y)根据散射颗粒含量(x)改变。在图6～图10中，横轴上的散射颗粒含量的单位为[含量％/10]。
图6表示采用D131作为敏化染料时，RGB颜色坐标(y)根据散射颗粒含量(x)改变。在图6中，R由y＝-0.16x2+2.12x+229表示，G由y＝-6.3ln(x)+175表示，B由y＝-11.1ln(x)+51表示。
图7表示采用D149作为敏化染料时，RGB颜色坐标(y)根据散射颗粒含量(x)改变。在图7中，R由y＝0.43x2-7.9x+78表示，G由y＝0.13x2-2.3x+18表示，B由y＝0.27x2-4.9x+54表示。
图8表示采用N719作为敏化染料时，RGB颜色坐标(y)根据散射颗粒含量(x)改变。在图8中，R由y＝-15.5ln(x)+150表示，G由y＝-9.5ln(x)+51表示，B由y＝-5.2ln(x)+39表示。
图9表示采用黑染料作为敏化染料时，RGB颜色坐标(y)根据散射颗粒含量(x)改变。在图9中，R由y＝-14.2ln(x)+101表示，G由y＝-16.9ln(x)+119表示，B由y＝-10.8ln(x)+61表示。
图10表示采用混合染料(D131+黑染料)作为敏化染料时，RGB颜色坐标(y)根据散射颗粒含量(x)改变。在图10中，R由y＝-16.3ln(x)+132表示，G由y＝-11.5ln(x)+89表示，B由y＝-0.73x+37表示。
2.基于散射层的堆叠层数的颜色控制
涂敷由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒构成的浆料以形成单一层(厚度：3μm)。然后，在该层上涂敷1～3层混合浆料，该混合浆料是通过在颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒的浆料混入20wt％的由颗粒尺寸为400nm的氧化钛微粒构成的浆料。之后，进行煅烧使浆料固化。在这种情况下，由混合浆料构成且包含作为光散射颗粒的颗粒尺寸为400nm的氧化钛微粒的第二层为散射层，颜色随混合浆料的堆叠层数改变。
采用D131、D149、N719、黑染料以及混合染料(D131+黑染料)作为在氧化钛微粒中保持的敏化染料。
图11～图15表示采用各种敏化染料时，RGB颜色坐标(y)根据混合浆料的堆叠层数(x)改变。混合浆料是通过将20wt％的由颗粒尺寸约为400nm的氧化钛微粒构成的浆料与由颗粒尺寸约为20nm的氧化钛微粒构成的浆料混匀获得的。
图11表示采用D131作为敏化染料时，RGB颜色坐标(y)根据混合浆料的堆叠层数(x)改变。在图11中，R由y＝2x+231表示，G由y＝-13x+175表示，B由y＝-5.5x+37表示。
图12表示采用D149作为敏化染料时，RGB颜色坐标(y)根据混合浆料的堆叠层数(x)改变。在图12中，R由y＝-30ln(x)+47表示，G由y＝-6.8ln(x)+10表示，B由y＝-25ln(x)+38表示。
图13表示采用N719作为敏化染料时，RGB颜色坐标(y)根据混合浆料的堆叠层数(x)改变。在图13中，R由y＝-37.5x+169表示，G由y＝-18x+62表示，B由y＝-15x+57表示。
图14表示采用黑染料作为敏化染料时，RGB颜色坐标(y)根据混合浆料的堆叠层数(x)改变。在图14中，R由y＝50ln(x)+80表示，G由y＝-33ln(x)+93表示，B由y＝-8x+52表示。
图15表示采用混合染料(D131+黑染料)作为敏化染料时，RGB颜色坐标(y)根据混合浆料的堆叠层数(x)改变。在图15中，R由y＝-22x+127表示，G由y＝-17.5x+88表示，B由y＝-21ln(x)+38表示。
3.基于透明层的堆叠层数的颜色控制
在涂敷一层或两层由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒构成的浆料后，进行煅烧以使浆料固化。在这种情况下，由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒构成的浆料形成了透明层，颜色随透明层的堆叠层数改变。
采用D131、D149、N719、黑染料以及混合染料(D131+黑染料)作为在氧化钛微粒中保持的敏化染料。
图16～图20表示采用各种敏化染料时，RGB颜色坐标(y)根据浆料的堆叠层数(x)改变。由颗粒尺寸大约为20nm的氧化钛微粒构成的浆料的堆叠层数为1层或2层。
图16表示采用D131作为敏化染料时，RGB颜色坐标(y)根据浆料的堆叠层数(x)改变。在图16中，R由y＝-x+234表示，G由y＝-14x+213表示，B由y＝-7x+68表示。
图17表示采用D149作为敏化染料时，RGB颜色坐标(y)根据浆料的堆叠层数(x)改变。在图17中，R由y＝-6x+88表示，G由y＝-3x+58表示，B由y＝-x+21表示。
图18表示采用N719作为敏化染料时，RGB颜色坐标(y)根据浆料的堆叠层数(x)改变。在图18中，R由y＝-35x+228表示，G由y＝-42x+139表示，B由y＝-29x+95表示。
图19表示采用黑染料时，RGB颜色坐标(y)根据浆料的堆叠层数(x)变化。在图19中，R由y＝-49x+222表示，G由y＝-44x+236表示，B由y＝-34x+147表示。
图20表示采用混合染料(D131+黑染料)作为敏化染料时，RGB颜色坐标(y)根据浆料的堆叠层数(x)改变。在图20中，R由y＝163表示，G由y＝-23x+143表示，B由y＝-10x+57表示。
通过组合基于散射颗粒含量的颜色控制、基于散射层的堆叠层数的颜色控制、基于透明层的堆叠层数的颜色控制以及敏化染料的选择，可以利用染料保持多孔氧化钛层2a～2d在光接收面上显示各种颜色。具体地，如表1～5所示，利用上述5种敏化染料分别可以显示12种颜色，即，利用5种敏化染料总共可以显示60种颜色。表1～5表示各种颜色的RGB颜色坐标。在此，表1表示采用D131时的RGB颜色坐标。表2表示采用D149时的RGB颜色坐标。表3表示采用N719时的RGB颜色坐标。表4表示采用黑染料时的RGB颜色坐标。表5表示采用混合染料(D131+黑染料)时的RGB颜色坐标。从表1～4可以清楚的看出，尽管只采用一种敏化染料，也可以显示多达12种颜色。
表1                          敏化染料：D131
  颜色   R   G   B
  1   233   199   61
  2   232   185   54
  3   230   181   62
  4   235   164   32
  5   235   164   32
  6   235   164   32
  7   235   164   32
  8   230   146   25
  9   239   138   21
  10   230   163   55
  11   243   225   115
  12   243   225   115
表2                            敏化染料：D149
  颜色   R   G   B
  13   82   20   55
  14   76   19   52
  15   67   15   47
  16   67   15   47
  17   43   8   32
  18   43   8   32
  19   50   11   40
  20   19   4   14
  21   19   4   14
  22   52   23   44
  23   171   135   158
  24   160   110   137
表3                            敏化染料：N719
  颜色   R   G   B
  25   193   97   66
  26   158   55   37
  27   158   55   37
  28   122   34   29
  29   122   34   29
  30   122   34   29
  31   137   46   44
  32   84   23   24
  33   62   10   14
  34   137   53   53
  35   229   199   182
  36   213   182   182
表4                          敏化染料：黑染料
  颜色   R   G   B
  37   173   192   113
  38   124   148   79
  39   113   134   70
  40   74   90   42
  41   77   90   42
  42   77   90   42
  43   83   94   45
  44   38   67   34
  45   30   58   29
  46   100   110   47
  47   223   223   190
  48   205   208   173
表5                     敏化染料：D131+黑染料
  颜色   R   G   B
  49   163   120   47
  50   163   97   37
  51   144   97   37
  52   111   76   33
  53   102   68   31
  54   102   68   31
  55   106   72   38
  56   80   50   22
  57   62   37   15
  58   111   80   39
  59   220   208   141
  60   200   190   134
产生上述颜色1～60的染料保持多孔氧化钛层的结构如下。
(1)颜色1、13、25、37以及49
该结构包括厚度为3μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒构成的多孔氧化钛层。
(2)颜色2、14、26、38以及50
该结构包括厚度为5μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒构成的多孔氧化钛层。
(3)颜色3、15、27、39以及51
该结构包括厚度为3μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒构成的第1多孔氧化钛层，以及厚度为5μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒和10wt％的颗粒尺寸为400nm的氧化钛微粒构成的第2多孔氧化钛层，该第2多孔氧化钛层形成于第1多孔氧化钛层上。
(4)颜色4、16、28、40以及52
该结构包括厚度为3μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒构成的第1多孔氧化钛层，以及厚度为6μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒和30wt％的颗粒尺寸为400nm的氧化钛微粒构成的第2多孔氧化钛层，该第2多孔氧化钛层形成于第1多孔氧化钛层上。
(5)颜色5、17、29、41以及53
该结构包括厚度为3μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒构成的第1多孔氧化钛层，以及厚度为6μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒和50wt％的颗粒尺寸为400nm的氧化钛微粒构成的第2多孔氧化钛层，该第2多孔氧化钛层形成于第1多孔氧化钛层上。
(6)颜色6、18、30、42以及54
该结构包括厚度为3μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒构成的第1多孔氧化钛层，以及厚度为5μm、由颗粒尺寸为400nm的氧化钛微粒构成的第2多孔氧化钛层，该第2多孔氧化钛层形成于第1多孔氧化钛层上。
(7)颜色7、19、31、43以及55
该结构包括厚度为3μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒构成的第1多孔氧化钛层，以及厚度为7μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒和20wt％的颗粒尺寸为400nm的氧化钛微粒构成的第2多孔氧化钛层，该第2多孔氧化钛层形成于第1多孔氧化钛层上。
(8)颜色8、20、32、44以及56
该结构包括厚度为3μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒构成的第1多孔氧化钛层，以及厚度为13μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒和20wt％的颗粒尺寸为400nm的氧化钛微粒构成的第2多孔氧化钛层，该第2多孔氧化钛层形成于第1多孔氧化钛层上。
(9)颜色9、21、33、45以及57
该结构包括厚度为3μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒构成的第1多孔氧化钛层，以及厚度为17μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒和20wt％的颗粒尺寸为400nm的氧化钛微粒构成的第2多孔氧化钛层，该第2多孔氧化钛层形成于第1多孔氧化钛层上。
(10)颜色10、22、34、46以及58
该结构包括厚度为3μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒构成的第1多孔氧化钛层，以及厚度为3μm、由颗粒尺寸约为400nm的氧化钛微粒构成的第2多孔氧化钛层，该第2多孔氧化钛层形成于第1多孔氧化钛层上。
(11)颜色11、23、35、47以及59
该结构包括厚度为3μm、由颗粒尺寸为400nm的氧化钛微粒构成的多孔氧化钛层。
(12)颜色12、24、36、48以及60
该结构包括厚度为5μm、由颗粒尺寸为400nm的氧化钛微粒构成的多孔氧化钛层。
上述60种颜色是当从光接收面一侧看染料敏化太阳能电池时的颜色。然而，当从与染料敏化太阳能电池的光接收面相对的表面(从透明基板3a的外侧露出的表面)一侧看染料敏化太阳能电池时，也可以显示不同的颜色。具体而言，在采用由颗粒尺寸为400nm的氧化钛微粒构成多孔氧化钛层作为染料保持多孔氧化钛层的情况(10)中，氧化钛微粒是散射颗粒，可以显示与颜色10、22、34、46、58不同的颜色。此外，在情况(11)中，可以显示与颜色11、23、35、47、59不同的颜色。另外，在情况(12)中，可以显示与颜色12、24、36、48、60不同的颜色。
示例1
把由Nippon Sheet Glass Co.，Ltd.制造的用于非晶太阳能电池的FTO基板(方块电阻10Ω/sq)加工成尺寸为206mm×206mm的正方形，该FTO基板是通过在厚度为4mm的玻璃基板上形成FTO膜而获得。依次用丙酮、乙醇、碱性清洗液、超纯水对FTO基板进行超声波清洗，并将FTO基板进行充分地干燥。该FTO基板被用作透明导电基板1和3。
利用激光束照射(激光蚀刻)，将沿作为透明导电基板1的FTO基板的彼此正交的两边、宽度为a＝b＝1.5mm的区域的FTO膜除去，从而使玻璃基板在该区域中露出。
之后，利用丝网印刷机，使用具有与染料保持多孔氧化钛层2a～2d的图案对应的所需图案的丝网，根据利用待形成的染料保持多孔氧化钛层2a～2d显示的颜色，以适当的厚度、适当次数将通过分散具有适当颗粒尺寸的氧化钛微粒获得的浆料涂敷到在FTO基板的FTO膜上。
然后，将上述利用丝网印刷按所需图案被涂敷浆料的FTO基板在电炉中以510℃的温度煅烧30分钟，从而烧结氧化钛微粒并形成氧化钛微粒烧结体。
随后，为了去除由此形成的氧化钛微粒烧结体的杂质，并提高活性，用准分子灯进行3分钟的紫外线照射。
之后，将氧化钛微粒烧结体在室温下浸没到敏化染料溶液中，从而使氧化钛微粒烧结体保持敏化染料。之后，用乙腈清洗该氧化钛微粒烧结体，并在暗处进行干燥。可以采用叔丁醇/乙腈的混合溶剂(体积比1∶1)作为敏化染料溶液的溶剂。当采用D149作为敏化染料时，将氧化钛微粒烧结体在添加了1.0mM的cdCA的0.5mM的敏化染料溶液中浸没3个小时。当采用黑染料作为敏化染料时，将氧化钛微粒烧结体在0.2mM的敏化染料溶液中浸没72个小时。当采用N719作为敏化染料时，将氧化钛微粒烧结体在0.5mM的敏化染料溶液中浸没48个小时。当采用混合染料(D131+黑染料)作为敏化染料时，将氧化钛微粒烧结体在由0.1875mM D131和0.5625mM黑染料组成的敏化染料溶液中浸没96个小时。由此，形成染料保持多孔氧化钛层2a～2d。
另一方面，在作为透明导电基板3的FTO基板的一角形成直径为0.5mm的填充孔。之后，将30mL的氯铂酸的乙醇溶液(H2PtCl6:EtOH，0.1wt％)喷到FTO基板的FTO膜上。然后，在电炉内以450℃的温度锻烧30分钟，以烧结铂微粒。由此，铂微粒层被形成为对置电极4。随后，利用激光束照射(激光蚀刻)，从沿FTO基板彼此正交的两边的宽度为a＝b＝1.5mm的区域去除铂微粒层和FTO膜，使玻璃基板在该区域中露出。
之后，以留下宽度为1.5mm、外形尺寸为203mm×203mm的集电部的方式，利用丝网印刷，在FTO基板上的对置电极(铂微粒层)上涂敷厚度为50μm的作为密封剂5的紫外线(UV)固化粘接剂。通过UV固化粘接剂，将形成有染料保持多孔氧化钛层2a～2d的FTO基板与形成有对置电极的FTO基板粘接。此时，这些FTO基板以在x轴方向和y轴方向上分别错开1.5mm的方式彼此粘接。之后，用紫外线照射UV固化粘接剂使之固化。
另一方面，将0.05M的碘化钠(NaI)、0.7M的1-丙基-2.3-二甲基碘化咪唑鎓(DMPImI)、0.1M的碘(I2)以及0.1M的叔丁基吡啶溶解到作为溶剂的甲氧基丙腈中，以制备电解质组分。
之后，将电解质组分从形成在形成有对置电极的FTO基板的一角上的填充孔减压注入，并将FTO基板置于充有氮(N2)的0.4MPa的加压容器内。由此，电解质组分被完全注入到由上述两个FTO基板和密封剂所围成的空间内。之后，用UV固化粘接剂和玻璃基板密封该填充孔，以获得染料敏化太阳能电池。
如上所述，根据第一实施例，除了可以获得公知的染料敏化太阳能电池已具备的高光电转换效率和低制造成本的优点外，还能够获得如下的优点。即，当从光接收面侧或从与光接收面相对的表面侧看染料敏化太阳能电池时，可以看到染料保持多孔氧化钛层2a～2d的图案以及从通过使用染料保持多孔氧化钛层2a～2d产生的颜色获得的色彩设计。因此，通过选择色彩设计的颜色和图案，可以提供一种当置于公共场所时，使观察者感觉舒适的设计性能优良的染料敏化太阳能电池。
2.第二实施例
染料敏化太阳能电池的结构
在第二实施例的染料敏化太阳能电池中，第一实施例的染料敏化太阳能电池中的电解质层6由包括碘和具有至少一种异氰酸酯基(-NCO)的化合物的电解质组分构成。优选地，该化合物的分子除了具有异氰酸酯基外还具有至少一种含氮官能团，或者该电解质组分除了包括具有至少一种异氰酸酯基的化合物外，还包括具有至少一种含氮官能团的化合物。具有至少一种异氰酸酯基(-NCO)的化合物没有特别限定，该化合物优选与电解质的溶剂、电解质盐以及其他添加剂互溶。具有至少一种含氮官能团的化合物优选为胺化合物，但不限于此。该胺化合物没有特别限定，该化合物优选与电解质的溶剂、电解质盐以及其他添加剂互溶。通过以这种方式将含氮官能团提供给具有至少一种异氰酸酯基的化合物，特别是可以显著增加染料敏化太阳能电池的开路电压。上述化合物可以用作具有至少一种异氰酸酯基的化合物。
除上述情况以外，第二实施例的染料敏化太阳能电池与第一实施例的相同。
根据第二实施例，电解质层6由包括具有至少一种异氰酸酯基的化合物的电解质组分构成，这可以增加短路电流和开路电压。因此，除了具有与第一实施例相同的优点外，还具有可以获得具有极高光电转换效率的染料敏化太阳能电池的优点。
示例2
当制备示例1中的电解质组分时，除了0.1M的碘化钠(NaI)、1.4M的1-丙基-2.3-二甲基碘化咪唑鎓、0.15M的碘(I2)以及0.2M的4-叔丁基吡啶以外，还将0.2M的苯基异氰酸酯溶解到甲氧基丙腈中。除上述以外，以与示例1相同的方式获得示例2的染料敏化太阳能电池。
3.第三实施例
染料敏化太阳能电池的结构
如图21所示，在第三实施例的染料敏化太阳能电池中，在第一实施例的染料敏化太阳能电池中的透明导电基板1的光接收面上，设置有光量调节板11。在此，可以利用光量调节板11调节入射到染料保持多孔氧化钛层2a～2d的光量。对于光量调节板11，可以采用公知的能够通过施加电场来调节光量的各种光量调节板。具体地，光量调节板11可以通过采用例如能够通过施加电场来控制光的透射的电致变色材料和液晶，以及引起泡克耳斯效应(Pockels effect)的透明压电各向同性压电晶体而获得。当对该光量调节板11施加电场时，电压被施加到光量调节板11的两面。该电压可以由外部电源提供，或使用由单个染料敏化太阳能电池或染料敏化太阳能电池模块提供的电压。对于光量调节板11的操作所需的电压，例如根据用于用于调节光量的材料决定。
示例3
使用采用电致变色材料的光量调节板11。图22表示光量调节板11的结构。如图22所示，该光量调节板11包括从透明导电基板1的光接收面侧起依次设置的透明电极11a、透明的离子导电电解质层11b、透明对置电极11c、电致变色层11d以及透明电极11e。透明电极11a和11e可以由上述透明导电材料构成。电致变色层11d可以由例如非晶态或晶态的三氧化钨(WO3)构成。离子导电电解质层11b优选由具有高离子(M+)迁移数和高电导率(例如，1×10-4Ω·cm或更高)的无色透明材料构成。离子导电电解质层11b可以由液态电解质或固态电解质构成。液态电解质的示例包括通过将例如LiClO4等碱金属盐溶解到非质子溶剂中获得的电解质。此外，固态电解质的示例包括例如H3PO4(WO3)12·29H2O等质子电解质、通过利用例如Ta2O5或MgF2等多孔介电材料来保持电解质溶液而获得的电解质以及通过将无机盐溶解到例如聚氧化乙烯等聚合物中获得的聚合物固态电解质。
下面对通过光量调节板11来调节透射光量的方法进行说明。
当使光量调节板11变得透明以增加透射光量时，在透明电极11e和透明电极11a之间施加透明电极11e侧具有较高电位的电压。这里，电致变色层11d由无色透明的WO3构成，从而变得透明。
当降低光量调节板11的透明度以减少透射光量时，在透明电极11e和透明电极11a之间施加透明电极11e侧具有较低电位的电压。通过施加该电压，产生在从透明电极11a到透明电极11e的方向上的电场。由于电场的施加，电子(e-)从透明电极11e被注入到由无色透明的WO3构成的电致变色层11d中，离子(M+)从离子导电电解质层11b通过对置电极11c被注入到电致变色层11d中。因此，基于如下方程式表示的反应生成MxWO3，从而使电致变色层11d变成蓝色：
WO3+xM++xe-＝MxWO3
其中，M+为例如H+、Li+、Na+或K+。
使电致变色层11d变成蓝色，由此降低光量调节板11的透明度，并减少透射光量。即使停止施加电场，电致变色层11d变成蓝色的状态也得以维持(记忆效应)。
在此状态下，如果施加到透明电极11e和透明电极11a之间的电压的极性反转，则MxWO3被氧化。这样，着色的电致变色层11d恢复到由无色透明的WO3构成的电致变色层11d。在这种情况下，在对置电极11c上发生与上述方程式表示的反应对应的氧化还原反应。由于当对置电极11c由诸如Ni(OH)2、Ir(OH)2或普鲁士蓝(PB)等氧化成色剂构成时可以提高着色效率，因而可以改善光调制特性。
根据第三实施例，光量调节板11的透明度可以通过施加电场来控制。因此，除了具有与第一实施例相同的优点外，还具有可以调节进入到染料敏化太阳能电池的光量的优点。通过调节入射光量，可以改变当从光接收面侧看染料敏化太阳能电池时由染料保持多孔氧化钛层2a～2d所产生的色调。此外，通过使施加到光量调节板11的电场的方向和强度选择性地随时间改变，可以使该光量调节板11的透明度随时间变化。因此，当从光接收面侧看染料敏化太阳能电池时由染料保持多孔氧化钛层2a～2d产生的颜色的色调可以随时间改变。此外，可以选择性地使当从光接收面侧看染料敏化太阳能电池时使用染料保持多孔氧化钛层2a～2d获得的色彩设计为不可见。此外，当电致变色层11d由WO3构成时，即使停止施加电场，通过施加电场生成MxWO3的状态也得以维持。因此，可以减少利用光量调节板11进行光量调节时所需的电力。
对本发明的实施例和示例进行了具体说明。但本发明不限于上述实施例和示例，可在本发明的技术构思范围内进行各种改变。
例如，上述实施例和示例中所列举的数值、结构、配置、形状、材料、原料、工序等仅为示例，如有需要，可以采用不同的数值、结构、配置、形状、材料、原料、工序等。
附图标记
1…透明导电基板、1a…透明基板、1b…透明导电层、2a～2d…染料保持多孔氧化钛层、3…透明导电基板、3a…透明基板、3b…透明导电层、4…对置电极、5…密封剂、6…电解质层、7…集电层、8…填充孔、11…光量调节板、11a和11e…透明电极、11b…离子导电电解质层、11c…对置电极、11d…电致变色层

Claims (13)

1.一种染料敏化太阳能电池，所述染料敏化太阳能电池包括：
透明导电基板；
单个或多个多孔氧化钛层，其形成在所述透明导电基板上，由氧化钛微粒构成，并保持敏化染料；
对置电极，其被形成为与所述多孔氧化钛层相对；以及
电解质层，其形成在所述多孔氧化钛层和所述对置电极之间，
其中，所述多孔氧化钛层被形成为，通过选择所述敏化染料的种类、厚度、堆叠结构、所述氧化钛微粒的颗粒尺寸来产生所需颜色，或者，如果所述氧化钛微粒由具有不同颗粒尺寸的至少两种氧化钛微粒构成，则通过选择所述至少两种氧化钛微粒的组合比例来产生所需颜色。
2.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其中，所述多孔氧化钛层被形成为，通过选择所述敏化染料的种类、厚度、堆叠结构、所述氧化钛微粒的颗粒尺寸来产生所需颜色并形成所需图案，或者，如果所述氧化钛微粒由具有不同颗粒尺寸的至少两种氧化钛微粒构成，则通过选择所述至少两种氧化钛微粒的组合比例来产生所需颜色并形成所需图案。
3.根据权利要求2所述的染料敏化太阳能电池，其中，所述敏化染料为D131、D149、N719、黑染料或D131和黑染料的混合物。
4.根据权利要求3所述的染料敏化太阳能电池，其中，各所述多孔氧化钛层分别由如下多孔氧化钛层构成：(1)厚度为3μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒构成的多孔氧化钛层；(2)厚度为5μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒构成的多孔氧化钛层；(3)厚度为3μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒构成的第1多孔氧化钛层，以及厚度为5μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒和10wt％的颗粒尺寸为400nm的氧化钛微粒构成的第2多孔氧化钛层，所述第2多孔氧化钛形成于所述第1多孔氧化钛层上；(4)厚度为3μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒构成的第1多孔氧化钛层，以及厚度为6μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒和30wt％的颗粒尺寸为400nm的氧化钛微粒构成的第2多孔氧化钛层，所述第2多孔氧化钛形成于所述第1多孔氧化钛层上；(5)厚度为3μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒构成的第1多孔氧化钛层，以及厚度为6μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒和50wt％的颗粒尺寸为400nm的氧化钛微粒构成的第2多孔氧化钛层，所述第2多孔氧化钛形成于所述第1多孔氧化钛层上；(6)厚度为3μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒构成的第1多孔氧化钛层，以及厚度为5μm、由颗粒尺寸为400nm的氧化钛微粒构成的第2多孔氧化钛层，所述第2多孔氧化钛形成于所述第1多孔氧化钛层上；(7)厚度为3μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒构成的第1多孔氧化钛层，以及厚度为7μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒和20wt％的颗粒尺寸为400nm的氧化钛微粒构成的第2多孔氧化钛层，所述第2多孔氧化钛形成于所述第1多孔氧化钛层上；(8)厚度为3μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒构成的第1多孔氧化钛层，以及厚度为13μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒和20wt％的颗粒尺寸为400nm的氧化钛微粒构成的第2多孔氧化钛层，所述第2多孔氧化钛形成于所述第1多孔氧化钛层上；(9)厚度为3μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒构成的第1多孔氧化钛层，以及厚度为17μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒和20wt％的颗粒尺寸为400nm的氧化钛微粒构成的第2多孔氧化钛层，所述第2多孔氧化钛形成于所述第1多孔氧化钛层上；(10)厚度为3μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒构成的第1多孔氧化钛层，以及厚度为3μm、由颗粒尺寸约为400nm的氧化钛微粒构成的第2多孔氧化钛层，所述第2多孔氧化钛形成于所述第1多孔氧化钛层上；(11)厚度为3μm、由颗粒尺寸为400nm的氧化钛微粒构成的多孔氧化钛层；或者(12)厚度为5μm、由颗粒尺寸为400nm的氧化钛微粒构成的多孔氧化钛层。
5.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其中，所述对置电极形成在透明导电基板上。
6.根据权利要求5所述的染料敏化太阳能电池，其中，形成有所述多孔氧化钛层的所述透明导电基板和形成有所述对置电极的所述透明导电基板被设置成彼此错开，并且夹在这些透明导电基板之间的区域的外周部由密封剂密封。
7.根据权利要求6所述的染料敏化太阳能电池，其中，形成有所述多孔氧化钛层的所述透明导电基板和形成有所述对置电极的所述透明导电基板各自是通过在绝缘透明基板上形成透明导电层获得的，并且在这些透明导电基板各自的外周部且由所述密封剂密封的部分中的所述透明导电层被除去。
8.一种染料敏化太阳能电池的制造方法，所述方法包括如下步骤：
单次或多次地按相同图案或不同图案将分散有氧化钛微粒的浆料丝网印刷到透明导电基板上的步骤；
通过煅烧所述浆料形成单个或多个多孔氧化钛层的步骤；
使所述多孔氧化钛层保持敏化染料的步骤；
形成与所述多孔氧化钛层相对的对置电极的步骤；以及
在所述多孔氧化钛层和所述对置电极之间形成电解质层的步骤，
其中，所述多孔氧化钛层被形成为，通过选择所述敏化染料的种类、厚度、堆叠结构、所述氧化钛微粒的颗粒尺寸来产生所需颜色，或者，如果所述氧化钛微粒由具有不同颗粒尺寸的至少两种氧化钛微粒构成，则通过选择所述至少两种氧化钛微粒的组合比例来产生所需颜色。
9.根据权利要求8所述的染料敏化太阳能电池的制造方法，其中，所述多孔氧化钛层被形成为，通过选择所述敏化染料的种类、厚度、堆叠结构、所述氧化钛微粒的颗粒尺寸来产生所需颜色并形成所需图案，或者，如果所述氧化钛微粒由具有不同颗粒尺寸的至少两种氧化钛微粒构成，则通过选择所述至少两种氧化钛微粒的组合比例来产生所需颜色并形成所需图案。
10.根据权利要求9所述的染料敏化太阳能电池的制造方法，其中，所述敏化染料为D131、D149、N719、黑染料或D131和黑染料的混合物。
11.根据权利要求10所述的染料敏化太阳能电池的制造方法，其中，各所述多孔氧化钛层分别由如下多孔氧化钛层构成：(1)厚度为3μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒构成的多孔氧化钛层；(2)厚度为5μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒构成的多孔氧化钛层；(3)厚度为3μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒构成的第1多孔氧化钛层，以及厚度为5μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒和10wt％的颗粒尺寸为400nm的氧化钛微粒构成的第2多孔氧化钛层，所述第2多孔氧化钛形成于所述第1多孔氧化钛层上；(4)厚度为3μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒构成的第1多孔氧化钛层，以及厚度为6μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒和30wt％的颗粒尺寸为400nm的氧化钛微粒构成的第2多孔氧化钛层，所述第2多孔氧化钛形成于所述第1多孔氧化钛层上；(5)厚度为3μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒构成的第1多孔氧化钛层，以及厚度为6μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒和50wt％的颗粒尺寸为400nm的氧化钛微粒构成的第2多孔氧化钛层，所述第2多孔氧化钛形成于所述第1多孔氧化钛层上；(6)厚度为3μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒构成的第1多孔氧化钛层，以及厚度为5μm、由颗粒尺寸为400nm的氧化钛微粒构成的第2多孔氧化钛层，所述第2多孔氧化钛形成于所述第1多孔氧化钛层上；(7)厚度为3μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒构成的第1多孔氧化钛层，以及厚度为7μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒和20wt％的颗粒尺寸为400nm的氧化钛微粒构成的第2多孔氧化钛层，所述第2多孔氧化钛形成于所述第1多孔氧化钛层上；(8)厚度为3μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒构成的第1多孔氧化钛层，以及厚度为13μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒和20wt％的颗粒尺寸为400nm的氧化钛微粒构成的第2多孔氧化钛层，所述第2多孔氧化钛形成于所述第1多孔氧化钛层上；(9)厚度为3μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒构成的第1多孔氧化钛层，以及厚度为17μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒和20wt％的颗粒尺寸为400nm的氧化钛微粒构成的第2多孔氧化钛层，所述第2多孔氧化钛形成于所述第1多孔氧化钛层上；(10)厚度为3μm、由颗粒尺寸为20nm的氧化钛微粒构成的第1多孔氧化钛层，以及厚度为3μm、由颗粒尺寸约为400nm的氧化钛微粒构成的第2多孔氧化钛层，所述第2多孔氧化钛形成于所述第1多孔氧化钛层上；(11)厚度为3μm、由颗粒尺寸为400nm的氧化钛微粒构成的多孔氧化钛层；或者(12)厚度为5μm、由颗粒尺寸为400nm的氧化钛微粒构成的多孔氧化钛层。
12.一种染料敏化太阳能电池，所述染料敏化太阳能电池包括：
透明导电基板；
单个或多个多孔半导体氧化物层，其形成在所述透明导电基板上，由半导体氧化物微粒构成，并保持敏化染料；
对置电极，其被形成为与所述多孔半导体氧化物层相对；以及
电解质层，其形成在所述多孔半导体氧化物层和所述对置电极之间，其中，所述多孔半导体氧化物层被形成为，通过选择所述敏化染料的种类、厚度、堆叠结构、所述半导体氧化物微粒的颗粒尺寸来产生所需颜色，或者，如果所述半导体氧化物微粒由具有不同颗粒尺寸的至少两种半导体氧化物微粒构成，则通过选择所述至少两种半导体氧化物微粒的组合比例来产生所需颜色。
13.一种染料敏化太阳能电池的制造方法，所述方法包括如下步骤：
单次或多次地按相同图案或不同图案将分散有半导体氧化物微粒的浆料丝网印刷到透明导电基板上的步骤；
通过煅烧所述浆料形成单个或多个多孔半导体氧化物层的步骤；
使所述多孔半导体氧化物层保持敏化染料的步骤；
形成与所述多孔半导体氧化物层相对的对置电极的步骤；以及
在所述多孔半导体氧化物层和所述对置电极之间形成电解质层的步骤，
其中，所述多孔半导体氧化物层被形成为，通过选择所述敏化染料的种类、厚度、堆叠结构、所述半导体氧化物微粒的颗粒尺寸来产生所需颜色，或者，如果所述半导体氧化物微粒由具有不同颗粒尺寸的至少两种半导体氧化物微粒构成，则通过选择所述至少两种半导体氧化物微粒的组合比例来产生所需颜色。
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