CN102047497A

CN102047497A - 光电转换元件

Info

Publication number: CN102047497A
Application number: CN2009801199556A
Authority: CN
Inventors: 木嵜刚志; 田边信夫; 北村隆之
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2008-06-06
Filing date: 2009-06-08
Publication date: 2011-05-04
Also published as: WO2009148181A1; EP2284942A1; JPWO2009148181A1; US8841543B2; EP2284942A4; AU2009255031A1; US20110073170A1; JP5114499B2; KR20100133486A

Abstract

本发明的光电转换元件，具有：呈线状的第一电极、第二电极、以及电解质；所述第一电极和所述第二电极介由所述电解质而被配置；所述第一电极具有：由铜线及覆盖该铜线的覆盖金属构成的第一线材，以及设置在该第一线材的外周且担载有色素的多孔氧化物半导体层。

Description

光电转换元件

技术领域

本发明涉及用于色素增感型太阳能电池等的光电转换元件。

本申请主张基于在2008年6月6日在日本申请的特愿2008-149922号的优先权，在此援用其内容。

背景技术

色素增感型太阳能电池是由瑞士的格莱才尔等的团队等提出的，作为低价且能获得高光电转换效率的光电转换元件备受瞩目(例如参照专利文献1、非专利文献1)。

图7是表示以往的色素增感型太阳能电池的一例的剖面图。

该色素增感型太阳能电池100主要由以下要素构成：在一侧面上形成有担载了增感色素的多孔半导体电极(以下也称为色素增感半导体电极)103的第一基板101；形成有导电膜104的第二基板105；以及，封入它们之间的含有如碘/碘化物离子等的氧化还原电对的电解质106。

作为第一基板101使用透光性板材，为了对与第一基板101的色素增感半导体电极103相接的面赋予导电性，设置有透明导电层102。由这些第一基板101、透明导电层102及色素增感半导体电极103构成工作电极(窗极(window electrode))108。

另一方面，为了对第二基板105的与电解质106相接一侧的面赋予导电性，设置有例如由碳或铂构成的导电层104。由这些第二基板105及导电层104构成对极109。

并且，该色素增感型太阳能电池100中，以使色素增感半导体电极103与导电层104相对的方式，将第一基板101与第二基板105相隔规定间隔地设置，在两基板之间的周边部设有例如由热塑性树脂构成的密封剂107。接着，介由该密封剂107贴合第一基板101和第二基板105，组成单元。另外，通过电解液的注入口110，向两极108、109之间填充含有碘/碘化物离子等的氧化还原电对的有机电解液，形成电荷移送用的电解质106。

该色素增感型太阳能电池100尤其对光入射侧的电极(窗极108)，要求可见光的透过性和高传导性。因此，作为窗极108可使用在第一基板101(例如玻璃基板或塑料基板)上涂布了掺锡氧化铟(ITO)、掺氟氧化锡(FTO)这样的透明导电性金属氧化物的基板(导电性基板)。

但是，上述导电性基板中使用的铟(In)等属于稀有金属，近来价格高涨，已成为阻碍光电转换元件低成本化的主要原因。因此，从如果实现不需要导电性基板的可抑制稀有金属使用量的结构的色素增感型光电转换元件，则能够实现大幅低成本化的角度出发，其开发被期待。但是，在这种情况下必须要同时满足不牺牲受光效率的条件。

专利文献

专利文献1：日本特开平1-220380号公报

非专利文献

非专利文献1：M.Graetzel et al.，Nature，737，p.353，1991

发明内容

本发明鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种不需要导电性基板而实现低成本化且具有优异的受光效率的、具有新的结构的光电转换元件。

(1)本发明的光电转换元件，具有：呈线状的第一电极、第二电极、以及电解质，所述第一电极和所述第二电极介由所述电解质而被配置，所述第一电极具有：由铜线及覆盖该铜线的覆盖金属构成的第一线材，以及配置于该第一线材的外周且担载有色素的多孔氧化物半导体层。

根据上述(1)所述的光电转换元件，则将不需要导电性基板，能够实现低成本化。另外，通过制成作为中心金属使用铜线且在其外周配置了覆盖金属的结构，从而能够实现与中心金属为单一的金属线材相比，优异的耐腐蚀性，提高导线的导电率且低成本化。另外，因为呈线状的第一电极的外周面成为受光面，所以可增加对于照射光的投影面积，对光入射角度的依赖性变小。

(2)所述覆盖金属可由选自钛、镍、钨、铑、钼中的任一金属构成。

(3)所述第一线材的电压降量可以为300mV以下。

上述(3)的情况下，能实现光电转换元件的发电效率的提高。

(4)所述铜线可以是被所述覆盖金属以所述铜线的相对于所述覆盖金属的面积比率为使所述第一线材的电压降量成为300mV以下的面积比率所覆盖。

上述(4)的情况下，能以维持铜线表面的均匀性且防止铜线被氧化的状态，实现光电转换元件的发电效率的提高。

(5)所述覆盖金属的膜厚可以为2μm以上。

上述(5)的情况下，可抑制在覆盖金属上发生针孔，并可抑制铜线与光电转换元件的电解液反应而改变电解液的组成。其结果可防止光电转换元件的光电转换效率的下降。

(6)也可以是所述第二电极呈线状，所述第一电极与所述第二电极被交替设置。

上述(6)的情况下，得到的光电转换元件呈线状，可将该光电转换元件容易地配置在各种各样的部位上。

上述(1)所述的光电转换元件通过使用由具有导电性的第一线材以及配置于该第一线材的外周且担载有色素的多孔氧化物半导体层所构成的第一电极，从而成为不需要导电性基板的具有新结构的光电转换元件。另外，由于不需要导电性基板，可实现低成本化。进而，由于呈线状的第一电极的外周面成为受光面，因此可以增加对于照射光的投影面积，对光入射角度的依赖性变小。

尤其是通过作为第一线材的构成，制成中心金属使用铜线且在其外周覆盖例如钛等的结构，从而能够实现与中心金属为选自例如钛(Ti)、镍(Ni)、钨(W)、铑(Rh)、钼(Mo)等的单一的金属线材相比，优异的耐腐蚀性，提高第一线材的导电率且低成本化。

附图说明

图1表示本发明一个实施方式的光电转换元件的电极(第一电极)的一例的立体剖面图。

图2是在该第一电极的上半部分上光入射时的示意图。

图3是表示本发明一个实施方式的光电转换元件的一例的剖面图。

图4是图3的平面图。

图5是表示本发明的光电转换元件其他实施方式的剖面图。

图6是表示本发明的光电转换元件其他实施方式的剖面图。

图7是表示以往的光电转换元件的一例的剖面图。

图8A是表示本发明的光电转换元件中使用的电极(第一电极)的变形例的立体剖面图。

图8B是表示本发明的光电转换元件中使用的电极(第一电极)的其他变形例的立体剖面图。

图9是表示在实施例1的光电转换元件中测定电流电位曲线的结果的图。

图10是示意性地表示实施例2及实施例3的光电转换元件的图。

具体实施方式

<第一个实施方式>

以下，参照附图说明本发明的实施方式。

图1是表示本发明一个实施方式的光电转换元件中使用的电极(第一电极)的一例的剖面图。图3是表示本实施方式的光电转换元件的一例的剖面图，图4是图3的平面图。

如图3所示，本实施方式的光电转换元件1A(1)具有：线状的第一电极10；线状的第二电极20；电解质17；一对透明基材18、18；配置在该一对透明基材18、18的周边部的隔板19。另外，第一电极10与第二电极10介由电解质17交替设置在一侧的透明基材18上。该第一电极10、第二电极20与电解质17是由一对透明基材18、18和隔板19所密封的。

如图1及图3所示，本实施方式中使用的第一电极10由如下构成：由铜线11A和覆盖该铜线11A的覆盖金属11B(例如钛等)构成的第一线材11；以及配置于该第一线材11的外周且担载有增感色素的多孔氧化物半导体层12。

以往的光电转换元件中，使用在由玻璃、塑料等构成的透明基材上形成有FTO或ITO等透明导电膜的透明导电性基板，作为其第一电极(工作电极)。因此，从透明基材的耐热性的观点出发，作为透明基材使用玻璃时大约600℃以上，作为透明基材使用塑料时大约150℃以上的温度下对它们进行煅烧，所以多孔氧化物半导体层的形成较困难。

相对于此，本实施方式的第一电极10中，第一线材11使用了金属线，因此不存在上述问题，在高温中也可以充分进行煅烧。所以，适合用作光电转换元件用电极(工作电极)。

另外，作为第一电极10不使用基板而使用线材，所以本实施方式的第一电极10具有挠性，可作为各种结构的光电转换元件用电极利用。

进而，由于不像以往的电极那样使用玻璃基板和透明导电膜，因此，可廉价地制造该第一电极10。

第一线材11呈线状，由铜线11A以及覆盖该铜线11A的覆盖金属11B构成。

作为覆盖金属11B，为了维持中心金属(铜线11A)的表面均匀性或提高抗氧化率，优选使用由对电解质有电化学惰性的材质构成的Ti等。另外，作为覆盖金属11B，除了Ti之外也可以使用Ni、W、Rh、Mo。并且，还可以使用它们的合金。

铜线11A优选为纯铜。

覆盖金属11B的厚度越薄越好。但是，其厚度过薄时，在制造第一线材11时的拉丝加工中覆盖金属11B上发生针孔等的几率变高。覆盖金属11B上存在针孔时，覆盖金属11B内侧的铜线11A(铜)与光电转换元件的电解液反应，使电解液的组成发生变化。由此，降低光电转换元件的光电转换效率。

另一方面，增加覆盖金属11B的厚度时，制造第一线材11时发生针孔的频度会下降。但是，由于需要更多的覆盖金属11，所以例如在使用高价的Ti等时成本将会上升。另外，覆盖金属11B由于导电率低于铜线11A，所以该覆盖金属11B厚时光电转换元件的导电率将会下降，其结果光电转换效率下降。

因此，覆盖金属11B的厚度在拉丝时不发生针孔的范围内越薄越好。在此，为决定最适覆盖金属11B的厚度，进行了以下实验。

使用Ti作为覆盖金属11B，分别制造了线径φ0.05mm、φ0.2mm、φ0.5mm的第一线材11。这时，各线径的第一线材11的Ti层的厚度分别为0.5μm、1.0μm、1.5μm、2.0μm、3.0μm。

将各第一线材11缠绕在缠线筒上后，投入浓硝酸中，放置一昼夜。之后，从浓硝酸中取出缠线筒，进行了缠线筒的清洗、干燥。接着，施加一定的张力(第一线材11健全部的破裂张力的1/2的载重)进行了重卷。在Ti层上存在针孔的地方，因硝酸而内部的铜(铜线11A)溶解，破裂张力下降，发生断线。由此，通过记录进行重卷时的断线频度，可调查何种程度的针孔存在于覆盖金属11B上。结果如表1所示。

[表1]

从表1可确认针孔频度与Ti层(覆盖金属11B)的厚度有很大关系。另外，Ti层的厚度为2μm以上时，不发生针孔。Ti层的厚度相同时，使第一线材11细径化，则针孔的发生频度变高。其被考虑为在拉丝加工时在第一线材11的长度方向上发生Ti层的厚度分布，因此越是加工度高(通过载重容易发生负荷)的细径的第一线材11，其长度方向的针孔的发生频度越高。

由此，作为可使用于光电转换元件中的第一线材11的条件，认为Ti层(覆盖金属11B)的厚度优选2μm以上。并且，作为覆盖金属11B使用其他金属(Ni、W、Rh、Mo)时也相同。

光电转换元件中，当该光电转换元件中发电的电流到达集电部为止电阻高时，由于电压的降低发生电压降。其结果光电转换元件的发电效率变差。

为使用钛等覆盖金属11B覆盖铜线11A的第一线材11时，由烧结于第一线材11的TiO₂等多孔氧化物半导体层12发生的电流，通过第一线材11的内部到达集电部。因此，第一线材11的电阻越低越能抑制电压降，太阳能电池的性能越变高。一般而言，这时的电压降在300mV以内为实用上优选。

在此对影响光电转换效率的各种要因与电阻的关系进行叙述。

(1)对于第一线材11的线径，线径变小则电阻变高。另外，该线径小时，第一电极10中的受光面积减少，发电电流的绝对量变低。

(2)对于第一线材11的长度，短则电阻变低。因此，优选短。

(3)对于钛等覆盖金属11B，相对于铜具有高电阻，因此需要减少覆盖金属11B的面积。

即，由于第一线材11的线径、长度、导电率、发电电流密度而电压降量发生变动。例如，考虑如图2所示地仅向第一电极10的上半部分入射光，进行发电的情况。图2中，r表示第一线材11的半径，l表示第一线材11的长度，dx表示第一线材11的x地点的宽度。这时，宽度dx上发生的电流量I(x)可通过下式(1)表示。

I (x) = \frac{J_{sc} \cdot 2 πr}{2} dx \cdot \cdot \cdot (1)

另外，从第一线材11的一端到x地点的电阻值R(x)可通过下式(2)表示。其中，ρ表示第一线材11的导电率。

R (x) = \frac{ρ \cdot x}{π \cdot r^{2}} \cdot \cdot \cdot (2)

另外，从x地点到第一线材11的一端的电压降量V(x)可通过下式(3)表示。

V (x) = I (x) \cdot R (x) = \frac{J_{sc} \cdot 2 πr}{2} dx \cdot \frac{ρ \cdot x}{π \cdot r^{2}} \cdot \cdot \cdot (3)

使用式(1)～式(3)，则第一线材11整体的电压降量可通过下式(4)表示。

V = {&Integral;}_{0}^{l} \frac{J_{sc} \cdot 2 πr}{2} \cdot \frac{ρ \cdot x}{π \cdot r^{2}} dx = \frac{J_{sc} \cdot ρ}{r} {[\begin{matrix} x^{2} \\ 2 \end{matrix}]}_{0}^{1} = \frac{J_{sc} \cdot ρ \cdot l^{2}}{2 r} \cdot \cdot \cdot (4)

使用式(1)～式(4)，使第一线材11整体的电压降量V成为300mV以下的方式，调整发电电流密度、线材的长度、线径、导电率。

例如，当第一线材11的线径为200μm、长度为4m、发电电流密度为10mA/cm²时，需要将导电率设为67％以上。为了达到该值，必须以使第一线材11的铜的面积比率相对于覆盖金属11B成为65％以上的方式，使覆盖金属11B形成在铜线11A上。

如此地，覆盖金属11B优选为根据第一线材11的长度、线径，以使电压降成为300mV以下的方式适当调整铜和覆盖金属11B的面积比率。

接着，将第一线材11的制造方法的一例，以覆盖金属11B为Ti的情况为例子进行说明。首先，将Ti通过挤压成型等形成为管状，制造Ti制管。另外，将铜通过挤压成型等形成为线状，制成铜线。接着，同时移动Ti管和铜线，将铜线插入Ti制管的内部，收拢它们使两者之间进行密合，得到Ti覆盖铜线。通过以上得到第一线材11(Ti覆盖铜线)。

接着，为了将该第一线材11制成第一电极10，将Ti覆盖铜线浸渍在TiO₂膏中后，拿出来进行干燥。通过重复共3次该工序，将TiO₂膏涂布在Ti覆盖铜线的表面。之后，进一步在Ti覆盖铜线的表面附着TiO₂粉体，使用电炉在500℃下烧结1小时。由此，得到带有多孔TiO₂膜的Ti覆盖铜线。接着，在该带有多孔TiO₂膜的Ti覆盖铜线上担载增感色素。通过以上制成第一电极10。需要说明的是，虽然对作为覆盖金属11B使用Ti的情况进行了说明，但使用Ni、W、Rh、Mo时也相同。

多孔氧化物半导体层12被设置在第一线材11的周围，在其表面的至少一部分上担载有增感色素。

多孔氧化物半导体层12可以是仅覆盖第一线材11的外周的一部分，但由于存在光收集能力的降低，反向电子转移反应的促进等，优选完全覆盖第一线材11的外周。

作为形成多孔氧化物半导体层12的半导体无特别限定，通常，只要能够使用于形成光电转换元件用多孔氧化物半导体的物质，则可以任意使用。作为这种半导体，例如，可使用氧化钛(TiO₂)、氧化锡(SnO₂)、氧化锌(ZnO)、氧化铌(Nb₂O₅)、氧化钨(WO₃)等。

作为形成多孔氧化物半导体层12的方法，例如可举出以下的方法。首先，向使市售氧化物半导体微粒子分散于所希望的分散介质的分散液中，或可通过溶胶-凝胶法调制的胶体溶液中，根据需要添加所希望的添加剂。之后，通过浸渍、涂布、挤出等方法在所述第一线材11的外周配置该溶液后，通过煅烧而在第一线材11的外周形成多孔氧化物半导体层12。

作为这种多孔氧化物半导体层12的厚度无特别限定，例如优选1μm～50μm。

作为增感色素，可使用以从N3、黑染料(Black dye)等的钌络合物，卟啉、酞青染料等含金属络合物开始，曙红、若丹明、部花青等有机色素等，可从这些中适当选择适于用途、所使用半导体的具有激发行为的物质即可。

第二电极20呈线状，例如由铂(Pt)、覆盖Pt的Ti线及Ti复合线、碳、覆盖碳的Ti线及Ti复合线，或导电性高分子等构成。

另外，作为第二电极20，也可以使用将由具有导电性且对电解质具有电化学惰性的材质构成的线状基材用Pt进行覆盖的物质，或者将所述线状基材用碳或导电性高分子进行覆盖的物质。这种第二电极20中，与电解质的电荷的授受将迅速进行。

作为该线状基材，具体而言，例如可举出Ti、Ni、W、Rh、Mo等的惰性金属、或碳化纤维等。

作为第二电极20可使用板状物质。这时，通过在板状的第二电极20的外周，介由例如网状的尼龙纤维等隔离物卷绕具有担载有增感色素的多孔氧化物半导体层第一电极10，从而制造光电转换元件(参照图10)。

作为上述碳，具体而言，例如可举出石墨化(结晶)碳、非晶质碳、富勒烯(Fullerene)、碳纳米管、碳纤维等。或者，可以将炭黑等粒子膏化，在线状基材或Ti线等上涂布。使用这种碳时，通过加热、煅烧处理等而除去不需要的吸附物而使用的话，能够顺利进行碘氧化还原电对的电极反应，所以优选。

另外，作为构成第二电极20的材料的导电性高分子，例如可举出PEDOT(Poly(3，4-ethylenedioxythiophene)：聚乙烯二氧噻吩)衍生物、PANI(聚苯胺(Polyaniline))衍生物等。

如本实施方式，第一电极10和第二电极20双方都为线状时，第二电极20的直径优选为第一电极10的直径的1/4以下。由此，能将多个第一电极10无间隙地配置，在其间隙设置第二电极20。

但是，第二电极20细时电阻会增加，因此优选更粗。因此，第二电极20的直径优选为第一电极10的直径的1/4左右。

另外，如图4所示，第一线材11优选向元件外部伸出。由此，能够容易地将发出的电向外部取出。

电解质17可以使用如下物质：在多孔氧化物半导体层12内含浸电解液而构成的物质；在多孔氧化物半导体层12内含浸电解液后，将该电解液使用适当的凝胶剂进行凝胶化(拟固体化)，与多孔氧化物半导体层12一体形成的物质；将离子液体作为基底的物质；或者，含有氧化物半导体粒子及导电性粒子的凝胶状电解质等。

作为上述电解液可使用将碘、碘化物离子、叔丁基吡啶等的电解质成分溶解于碳酸亚乙酯、甲氧基乙腈等的有机溶剂或离子液体而形成的物质。

作为将该电解液凝胶化时使用的凝胶剂，可举出聚偏二氟乙烯、聚氧化乙烯衍生物、氨基酸衍生物等。

另外，代替挥发性电解质溶液，若是一般使用于色素增感型太阳能电池中的物质，则不仅溶剂为离子液体或凝胶化的物质，也可没有限制地使用p型无极半导体或有机孔输送层这样的固体。

作为上述离子液体，无特别限定，可列举在室温下为液体的如将具有季铵化的氮原子的化合物作为阳离子的常温熔盐。

作为常温熔盐的阳离子，可列举季铵化咪唑衍生物、季铵化吡啶衍生物、季铵衍生物等。

作为常温熔盐的阴离子，可列举BF₄ ^-、PF₆ ^-、(HF)_n ^-、双(三氟甲基磺酰)亚胺[N(CF₃SO₂)₂ ^-]、碘化物离子等。

作为离子液体的具体例，可列举由季铵化咪唑啉鎓盐类阳离子、碘化物离子或双(三氟甲基磺酰)亚胺离子等组成的盐类。

作为上述氧化物半导体粒子，对物质的种类、粒子大小等没有特别限定，使用与以离子液体作为主体的电解液的混和性优异，使该电解液凝胶化的物质。另外，氧化物半导体粒子必须是不降低电解质的半导电性，对于电解质中含有的其他共存成分的化学稳定性优异。尤其是优选即使在电解质含有碘/碘化物离子、溴/溴化物离子等氧化还原电对时，氧化物半导体粒子也不会因氧化反应而发生劣化。

作为该氧化物半导体粒子，优选的是选自由TiO₂、SnO₂、SiO₂、ZnO、Nb₂O₅、In₂O₃、ZrO₂、Al₂O₃、WO₃、SrTiO₃、Ta₂O₅、La₂O₃、Y₂O₃、Ho₂O₃、Bi₂O₃、CeO₂中的1种或2种以上的混合物。氧化物半导体粒子的平均粒径优选为2nm～1000nm左右。

作为上述导电性微粒子，可使用导电体、半导体等的具有导电性的粒子。

对导电性粒子的种类、粒子大小等没有特别限定，使用与以离子液体作为主体的电解液的混和性优异，使该电解液凝胶化的物质。而且，必须是对于电解质中含有的其他共存成分的化学稳定性优异。尤其是优选即使在电解质含有碘/碘化物离子、溴/溴化物离子等氧化还原电对时，也不会因氧化反应而发生劣化的物质。

作为该导电性微粒子，可列举由以碳作为主体的物质构成的物质，作为具体例可列举奈米碳管、碳纤维、炭黑等粒子。这些物质的制造方法都是已知的方法，另外还可以使用市售品。

作为透明基材18使用由透光性材料构成的基板，无碱玻璃基板、其他玻璃基板、树脂基板，如玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚醚砜等的通常可作为光电转换元件的透明基材使用的物质均可使用。透明基材18是考虑对电解液的耐性等而从其中适当选择。另外，作为透明基材18，用途上优选透光性尽量优异的基材，更加优选透光率为85％以上的基板。

作为隔板19，只要是对于透明基材18的粘接性优异的物质，则无特别限定，例如优选由在分子链中具有羧酸基的热塑性树脂构成的粘接剂等，具体为“Himilan”(DU POND-MISUI POLYCHEMICALS公司制造)、“Bynel”(DU POND公司制造)之外，还可列举UV硬化材料[例如，31X-101(ThreeBond公司制造)]等。

本实施方式的光电转换元件1中不需要导电性基板，是与以往完全不同的光电转换元件1的结构。

导电性是以耐腐蚀性优异的例如金属线(第一线材11)来实现，而为了密封电解质17，使用了透明且不具有导电性的透明基材18。因此，由于与以往的电极不同，不使用玻璃基板、透明导电膜，所以可低价制造电极(第一电极和第二电极)。另外，作为第一线材11的中心线使用高耐腐蚀性、高导电率且低成本的铜线，使用该中心线被Ti等覆盖的金属复合线(第一线材)，从而能够提高该金属复合线的耐腐蚀性的同时保持高导电率，并且还能够抑制其成本。

另外，呈线状的第一电极10的外周面成为受光面(例如参照图4)，所以能够增加对于照射光的投影面积，减少对光入射角度的依赖性。

另外，根据本实施方式的光电转换元件1，通过使第二电极20也呈线状，在第一电极10间的间隙部配置该第二电极20，可有效地利用光电转换元件1内的空间。其结果得到更薄的光电转换元件。

另外，根据本实施方式的光电转换元件1，可缩短入光侧的玻璃板(透明基板)与发电部(多孔氧化物半导体层)表面的距离，可期待发电量的提高。

<第二实施方式>

以下，结合图5，说明有关本发明的第二实施方式的光电转换元件1。

图5是表示本实施方式的光电转换元件1B(1)的剖面图。本实施方式中，主要叙述与上述第一个实施方式的不同点，省略相同部分的说明。

第二实施方式的光电转换元件1B(1)中，第二电极20配置于第一电极10的上下(配置于一对透明基材18、18上)，除该点以外基本上与第一个实施方式相同。

如本实施方式，通过将第二电极20配置于第一电极10的上下，可减少第一电极10与第二电极20之间有距离的部分。由此，可提高光电转换效率。对于从垂直方向的入射光，即使增加具有对极功能的第二电极20的数量，也几乎不发生光电转换效率的降低。

<第三实施方式>

结合图6，说明本发明的第三实施方式的光电转换元件1。

图6是表示有关本实施方式的光电转换元件1C(1)的剖面图。

本实施方式中，主要叙述与上述第一个实施方式的不同点，省略相同部分的说明。

第三实施方式的光电转换元件1C(1)中，在第一电极10的左右交替配置具有与第一电极10基本相同的直径的第二电极20，除该点以外，基本上与第一个实施方式相同。

如本实施方式，通过将具有与第一电极10基本相同的直径的第二电极20交替配置于第一电极10的左右，使得到的光电转换元件1C呈线状，能将该光电转换元件1C容易地配置于多种多样的部位上。

如图8A及图8B所示，也可以使第一电极10及第二电极(未图示)的形状为平角线、三角形以上的多角形等的异型线。

实施例

以下实施例是为了进一步具体说明本发明，但本发明的范围不限于这些实施例。

<实施例1>

首先，通过上述方法制造直径1.0mm的Ti覆盖铜线(第一线材)。接着，将该Ti覆盖铜线浸渍于TiO₂膏(Solaronix公司制造，TiNanoxide-T)中，之后拿出进行干燥。该工序共进行3次，在Ti覆盖铜线的表面涂布TiO₂膏后，使用电炉在500℃下，烧结1小时，制造带有TiO₂膜的Ti线。TiO₂的涂布范围为长度5cm，TiO₂膜的厚度大约为6μm。

接着，在以1∶1混合乙腈和叔丁醇的混合溶液中溶解钌色素(Solaronix公司制造，Ruthenium535-BisTBA，一般称为N719)，制造0.3mM的钌色素溶液。之后，在该钌色素溶液中浸渍带有上述TiO₂膜的Ti线，在室温中放置24小时，从而在TiO₂表面担载钌色素。接着，从该钌色素溶液拿出带有TiO₂膜的Ti线后，使用上述混合溶液进行清洗，将其作为工作电极(第一电极)。将该工作电极使用相同的工序制造5个。

作为对极准备6个直径0.08mm的Pt线，将这6个对极与5个上述工作电极交替排列在无碱玻璃基板上。接着，将厚度1.0mm的PET膜作为隔板设置在上述无碱玻璃基板的周边部，将它们浸渍在以甲氧基乙腈作为溶剂的挥发性电解质中。接着，隔着隔板在上面覆盖无碱玻璃，制造如图3所示的实施例1的光电转换元件。

对于本实施例，由于将金属线(工作电极及对极)无特别限制地排列，因此，电池的受光面积，包括线间的间隙的面积，大概为5cm×0.15cm＝0.75cm²左右。工作电极的受光面积(有效面积)是带有色素担载TiO₂膜的Ti线的投影面积，因此，能够为5cm×0.0212cm×5个＝0.53cm²，短路电流密度的估计值包括了1.5倍左右的误差。

在如上述制造的实施例1的光电转换元件上，使用太阳模拟器(AM1.5、100mW/cm²)照射光，测定电流电位曲线。其结果如图9所示。

通过图9可知，J_sc＝2.4mA/cm²、V_oc＝730mV、ff＝0.71，光电转换效率为1.25％。

<实施例2>

准备8m的拉丝至直径0.2mm的Ti覆盖铜线(第一线材)。这时，相对钛的铜的面积率为40％(钛的面积率为60％)。接着，将该Ti覆盖铜线浸渍在TiO₂膏(Solaronix公司制造，Ti Nanoxide-T)中，之后拿出进行干燥。该工序共进行3次，从而在Ti覆盖铜线的表面涂布TiO₂膏后，在500℃的电炉中烧结1小时，得到带有多孔TiO₂膜的Ti线。TiO₂的膜厚大约为6μm。

接着，在以1∶1混合乙腈和叔丁醇的混合溶液中溶解钌色素(Solaronix公司制造，Ruthenium535-BisTBA)，制造0.3mM的钌色素溶液。之后，在该钌色素溶液中浸渍上述带有TiO₂膜的Ti线，在室温中放置24小时，从而在TiO₂表面担载了钌色素。接着，从该钌色素溶液拿出带有TiO₂膜的Ti线后，使用上述混合溶液进行清洗，将其作为工作电极(第一电极)。

作为对极(第二电极)，准备以200nm的厚度溅镀了铂的10cm×10cm的Ti板(厚度1mm)。之后，如图10所示，将第一电极卷绕在第二电极上。这时，第一电极与第二电极直接接触则会发生短路，将失去作为光电转换元件的功能。因此，在第二电极的周围，配置厚度16μm的网状尼龙纤维，隔着该尼龙纤维，将第一电极卷绕在第二电极上。

接着，将该第一电极和第二电极浸渍在以甲氧基乙腈作为溶剂的挥发性电解质(电解液)中，作为实施例2的光电转换元件。其中，作为保持电解液的壳，只要是具有透光性，耐电解液的物质，则无特别限定。例如，组装聚萘二甲酸乙二醇酯、玻璃，制成箱状即可。

并且，本实施例中，从卷绕的第一电极的两端进行集电，因此发生电压降的第一电极的长度可以考虑为全长的一半。换言之，电压降量V的计算中，使用全长8m的一半4m。电压降量的计算中，作为发电电流密度，使用了10mA/cm²。

如上所述制造的实施例2的光电转换元件中，使用太阳模拟器(AM1.5、100mW/cm²)照射光，测定电流电位曲线。其结果如表2所示。另外表2中也表示使用上述式(4)求得本实施例的电压降量。

<实施例3>

对实施例2的Ti覆盖铜线(第一线材)，除了将相对于钛的铜的面积率设为80％(钛的面积率为20％)以外，与实施例2同样地进行制造，将其作为实施例3的光电转换元件。

实施例3的光电转换元件中，使用与实施例2相同的太阳模拟器照射光，测定电流电位曲线。其结果如表2所示。另外表2中也表示通过上述式(4)求得的本实施例的电压降量。

<比较例>

除了代替实施例2的Ti覆盖铜线(第一线材)使用了纯钛线以外，与实施例2同样地进行制造，将其作为比较例1的光电转换元件。之后，向比较例1的光电转换元件，使用与实施例2相同的太阳模拟器照射光，测定电流电位曲线。其结果如表2所示。另外表2中也表示通过上述式(4)求得的比较例的电压降量。

[表2]

从表2、实施例1的太阳模拟器的结果可确认，通过代替纯钛线，使用以覆盖金属(钛)覆盖了铜线的第一线材(Ti覆盖铜线)，提高了光电转换效率。另外，从实施例2、3的结果可确认，通过降低覆盖金属(钛)的面积率(提高铜线的面积率)，使电压降量设为300mV以下，由此可进一步提高光电转换效率，能得到高性能的光电转换元件。

符号说明

1(1A，1B，1C)光电转换元件

10第一电极

11第一线材

11A铜线

11B覆盖金属

12多孔氧化物半导体层

20第二电极

17电解质

18透明基材

19密封材料

Claims

1.一种光电转换元件，其特征在于，具有：呈线状的第一电极、第二电极、以及电解质，

所述第一电极和所述第二电极介由所述电解质而被配置，

所述第一电极具有：由铜线及覆盖该铜线的覆盖金属构成的第一线材，以及配置于该第一线材的外周且担载有色素的多孔氧化物半导体层。

2.如权利要求1所述的光电转换元件，其特征在于，

所述覆盖金属是由选自钛、镍、钨、铑、钼中的任意一种金属构成。

3.如权利要求1或2所述的光电转换元件，其特征在于，

所述第一线材的电压降量为300mV以下。

4.如权利要求3所述的光电转换元件，其特征在于，

所述铜线被所述覆盖金属以所述铜线相对于所述覆盖金属的面积比率为使所述电压降量成为300mV以下的面积比率所覆盖。

5.如权利要求1至4中任一项所述的光电转换元件，其特征在于，

所述覆盖金属的膜厚为2μm以上。

6.如权利要求1至4中任一项所述的光电转换元件，其特征在于，

所述第二电极呈线状，所述第一电极与所述第二电极被交替配置。