CN102737849A - 制造光电转换元件的方法、光电转换元件和电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及制造光电转换元件的方法、光电转换元件和电子装置。制造光电转换元件的方法包括：当制造具有电解质层设置在透明导电衬底上的多孔电极和对电极之间的结构的光电转换元件时，使用导电膏在透明导电衬底上形成集电接线，导电膏中包括银颗粒和低熔点玻璃料。

Description

制造光电转换元件的方法、光电转换元件和电子装置

技术领域

本发明涉及制造光电转换元件的方法、光电转换元件和电子装置。具体地，本发明涉及制造适合于使用在染料敏化太阳能电池中的光电转换元件的方法、光电转换元件和包括该光电转换元件的电子装置。

背景技术

因为作为用于将太阳光转换成电能的光电转换元件的太阳能电池使用太阳光作为能量源，对全球环境产生的影响非常小，因此期待进一步推广太阳能电池。

迄今为止，使用单晶硅或多晶硅的结晶硅系统太阳能电池、以及非晶硅系统太阳能电池主要被用作太阳能电池。

另一方面，由Michael Gratzel等在1991年提出的染料敏化太阳能电池已经引起关注，这是因为可以获得高光点转换效率，并且与任意的现有硅系统太阳能电池等不同，可以低成本地制造染料敏化太阳能电池而在制造期间不需要大规模装置。例如，在非专利文件Nature，353，737至740页，1991中描述了这种技术。

染料敏化太阳能电池通常具有使由氧化钛等制成的多孔电极和对电极彼此面对、并且将电解质层填充在多孔电极和对电极之间的空间中的结构，该多孔电极结合有光敏化染料并向形成在透明导电衬底上。通过将包含还原物种(例如碘或碘化物离子)的电解质溶解在溶解中而获得的电解质溶液，在很多情况下被用作用于染料敏化太阳能电池的电解质溶液。

在染料敏化太阳能电池中，通常，集电接线形成在透明导电衬底上，集电接线在运行时用于收集被引起从多孔电极流动到多孔电极下方的透明导电衬底中的电子对于形成集电接线的方法，将银(Ag)膏施涂到透明导电衬底上并使Ag膏固化从而形成集电接线的方法简单，因此经常被使用。

发明内容

但是，根据本申请的发明人的知识，当用Ag膏制造集电接线时，产生下列问题。也就是说，对于染料敏化太阳能电池，在用透明导电衬底上的银膏制造由银颗粒组成的集电接线之后，将包括氧化钛细颗粒的氧化钛膏施涂在透明导电衬底上，在约500℃的温度下烧制氧化钛膏，从而形成由氧化钛制成的多孔电极。但是，在烧制时，组成集电接线的银颗粒流动，转而集电接线流动。结果，银接触多孔电极而减少多孔电极，流动的银引起染料敏化太阳能电池的长期可靠性变差。

为解决上述问题而进行本发明，因此期望提供制造光电转换元件的方法、光电转换元件和包括该光电转换元件的电子装置，使用该方法、元件和装置可以在通过烧制形成多孔电极时有效地防止组成集电接线的银颗粒流动、并因此可以实现防止多孔电极恶化并增强长期可靠性。

根据本说明书中的描述以及附图，上述期望和其他期望将显而易见。

为实现上述期望，根据本发明的实施例，提供制造光电转换元件的方法，该方法包括：当制造具有电解质层设置在透明导电衬底上的多孔电极和对电极之间的结构的光电转换元件时，使用导电膏在透明导电衬底上形成集电接线，导电膏中包括银颗粒和低熔点玻璃料。

根据本发明的另一实施例，提供光电转换元件，该光电转换元件具有电解质层设置在透明导电衬底上的多孔电极和对电极之间的结构，其中，在透明导电衬底上设置用导电膏制成的集电连线，导电膏中包括金属颗粒和低熔点玻璃料。

根据本发明的另一实施例，提供电子装置，该电子装置包括：至少一个光电转换元件，其中，电解质层设置在透明导电衬底上的多孔电极和对电极之间，其中，在透明导电衬底上设置用导电膏制成的集电连线，导电膏中包括金属颗粒和低熔点玻璃料。

在本发明中，通常，低熔点玻璃料的软化点时从360℃至500℃，优选是从380℃至480℃。低熔点玻璃料的具体示例例如包括具有从380℃到400℃的软化点的包括氧化铋、氧化硼、氧化锌和氧化铝的玻璃料；具有从440℃到460℃的软化点的包括氧化铋、氧化锌和氧化硼的玻璃料；具有从450℃到470℃的软化点的包括氧化铋、氧化硼、氧化锌、氧化铜和氧化硅的玻璃料；或具有从460℃到480℃的软化点的包括氧化铋、氧化锌、氧化硼和氧化硅的玻璃料等。但是，本发明决不限于这些玻璃料。

光电转换元件通常是染料敏化光电转换元件，其中光敏化染料结合到(吸附到)多孔电极。在这种情况下，制造光电转换元件的方法通常还包括将光敏化染料结合到多孔电极的处理。多孔电极通常由半导体制成的细颗粒组成。半导体优选包括氧化钛(TiO₂)，特别是锐钛矿型TiO₂。

由具有所谓的核壳结构的细颗粒组成的电极可以用作多孔电极。在这种情况下，光敏化染料不需要结合到多孔电极。由各自由核心和外壳组成的细颗粒组成的电极优选用作多孔电极，核心由金属制成，外壳由围绕核的金属氧化物组成。使用这样的多孔电极引起：当多孔电极等用电解质溶液浸渍时，电解质溶液的电解质不与金属/金属氧化物细颗粒的金属制成的核心接触。因此，可以有效地防止多孔电极由于电解质而溶解。为此，过去很难使用并且表面等离子体共振的效果大的金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)等可以用作组成金属/金属氧化物细颗粒的核心的金属。结果，可以在光电转换中充分获得表面等离子体共振的效果。此外，碘系电解质可以用作电解质溶液的电解质。铂(Pt)、钯(Pd)等可以用作组成金属/金属氧化物细颗粒的核心的金属。不溶解在电解质中的金属氧化物被用作组成金属/金属氧化物细颗粒的外壳的金属氧化物，并且根据需要进行选择。尽管从由氧化钛(TiO₂)、氧化锡(SnO₂)、氧化铌(Nb₂O₅)和氧化锌(ZnO)组成的群组中选出的至少一种金属氧化物被用作这样的金属氧化物，但是本发明决不限于此。例如，还可以使用诸如氧化钨(WO₃)或钛酸锶(SrTiO₃)的金属氧化物。尽管适当地选择细颗粒的颗粒尺寸，但是优选地，细颗粒的颗粒尺寸设置在1至500nm的范围内。此外，尽管适当地选择细颗粒的核心的颗粒尺寸，但是优选地，细颗粒的核心的颗粒尺寸设置在1至200nm的范围内。

当透明导电衬底由在透明衬底上设置由掺氟的氧化锡(FTO)制成的透明导电层的衬底组成时，优选的，集电接线经由导电粘结层而设置在透明导电衬底上。尽管优选地，这样的粘结层由从银、金、铂、钛、铬、铝和铜组成的群组中选出的至少一种金属制成，但是本发明决不限于此。

根据需要，集电接线例如由总线电极和从总线电极分支的多个指形电极组成，并且当使得t(m)为至少一个指形电极的宽度时，t会满足下列公式。结果，可以优化指形电极的集电性能和多孔电极的开口率之间的平衡，并因此可以使从光电转换元件的输出最大化。

$t=d_0{i}_{0}y\×\sqrt{\frac{{\mathrm{\ρ}}_0}{h_0{W}_0}}$

其中，d₀是发电电极宽度(指形电极的间隔)(m)，i₀是额定发电电流密度(A/m²)，y是与指形电极的末端的距离(m)，ρ₀是指形电极的材料的体积电阻率(Ωm)，h₀是指形电极的厚度(m)，并且W₀是发电输出密度(W/m²)。

或者，集电接线具有微细集电电极结构，具体地，集电连线由总线电极和从总线电极分支的多个条形电极组成，并且当使得d₀(m)为条形电极的节距时，d₀会满足下列公式。结果，可以优化条形电极的集电性能和条形电极的开口率之间的平衡，并因此可以使从光电转换元件的输出最大化。

$d_0=\sqrt{\frac{{3\mathrm{tW}}_0}{R_0{i}_0^2{l}^2}+t^2}$

其中，t是条形电极的宽度(m)，W₀是额定发电输出密度(W/m²)，R₀是条形电极的线电阻(Ω/m)，i₀是额定发电电流密度(A/m²)，并且l是条形电极的集电距离(m)。

或者，集电接线具有微细集电电极结构，具体地，集电连线由总线电极、和电连接到总线电极的网格电极或栅格电极组成，并且当使得Ap为网格电极或所述栅格电极的开口率时，Ap满足下列公式。结果，可以优化网格电极或栅格电极的集电性能、和网格电极或栅格电极的开口率之间的平衡，并因此可以使从光电转换元件的输出最大化。

$\mathrm{Ap}=\frac{1}{\sqrt{\frac{{3\mathrm{tW}}_0}{R_0{i}_0^2{l}^2{t}^2}+1}}$

其中，t是条形电极的宽度(m)，W₀是额定发电输出密度(W/m²)，R₀是条形电极的线电阻(Ω/m)，i₀是额定发电电流密度(A/m²)，并且l是条形电极的集电距离(m)。

光电转换元件最典型的是构造成太阳能电池。但是，光电转换元件还可以是除了太阳能电池之外的元件，例如，光学传感器等。

光电转换元件可以用作各种类型的电子装置的功率源。电子装置基本上可以是任意种类的装置，并且包括移动型装置和固定型装置。给出具体示例有移动电话、移动装置、机器人、个人计算机、车载装置、各种类似的家用电器等。在这种情况下，光电转换元件例如是用作这些电子装置中每一者的功率源的太阳能电池。

根据本发明的实施例，导电膏除了银颗粒之外包括低熔点玻璃料，从而当在用导电膏形成集电接线之后执行用于形成多孔电极的烧制时，低熔点玻璃料比组成集电接线的银颗粒更早流动。结果，可以抑制组成集电接线的银颗粒的流动。

如上所述，根据本发明的实施例，可以实现制造光电转换元件的方法和相关的光电转换元件，使用该方法可以有效地在通过烧制形成电极时防止组成集电接线的银颗粒流动，并因此可以实现防止多孔电极恶化并增强长期可靠性。此外，可以获得包括相关光电转换元件的高性能电子装置。

附图说明

图1是示出根据本发明的第一实施例的染料敏化光电转换元件的结构的截面图；

图2A和2B分别是示出根据本发明的第一实施例的染料敏化光电转换元件中的集电接线的图案形状的示意图；

图3A至3D分别是示出根据本发明的第一实施例的染料敏化光电转换元件中的集电接线的图案形状的示意图；

图4A至4D分别是代替绘图示出包括Ag颗粒和低熔点玻璃料的导电膏的评估结果的照片；

图5是示出根据本发明的第二实施例的染料敏化光电转换元件的截面图；

图6A、6B和6C分别是说明根据本发明的第三实施例的染料敏化光电转换元件中的指形电极的优化的示意图和图形表示；

图7是说明根据本发明的第三实施例的染料敏化光电转换元件中的指形电极的优化的示意图；

图8是说明根据本发明的第三实施例的染料敏化光电转换元件中的指形电极的优化的另一示意图；

图9是示出示出在对根据本发明的第三实施例的染料敏化光电转换元件进行优化之前执行用于评价指形电极的布线模拟的结果的示意图；

图10是示出示出在对根据本发明的第三实施例的染料敏化光电转换元件进行优化之后执行用于评价指形电极的布线模拟的结果的示意图；

图11A、11B和11C分别是示出根据本发明的第三实施例的染料敏化光电转换元件的评价结果的示图；

图12是说明根据本发明的第四实施例的染料敏化光电转换元件中的条形电极的宽度的优化的示意图；

图13是说明根据本发明的第四实施例的染料敏化光电转换元件中的条形电极的宽度的优化的另一示意图；

图14是示出根据本发明的第五实施例的栅格电极的开口率和染料敏化光电转换元件中的发电功率输出之间的关系的示图；

图15是示出根据本发明的第五实施例的栅格电极的开口率和染料敏化光电转换元件中的发电功率输出之间的关系的另一示图；

图16是示出根据本发明的第五实施例的染料敏化光电转换元件中的集电接线的图案形状的示意图；以及

图17是示出示出根据本发明的第六实施例的组成染料敏化光电转换元件中的多孔电极的金属/金属氧化物细颗粒的结构的截面图。

具体实施方式

将参照附图在下文中详细描述本发明的实施例。应当注意，在下文中将根据下列顺序进行描述：

1.第一实施例(染料敏化光电转换元件及其制造方法)；

2.第二实施例(染料敏化光电转换元件及其制造方法)；

3.第三实施例(染料敏化光电转换元件及其制造方法)；

4.第四实施例(染料敏化光电转换元件及其制造方法)；

5.第五实施例(染料敏化光电转换元件及其制造方法)；

6.第六实施例(染料敏化光电转换元件及其制造方法)；

7.第七实施例(光电转换元件及其制造方法)；以及

8.第八实施例(电子装置)。

1.第一实施例

[染料敏化光电转换元件]

图1示出根据本发明的第一实施例的染料敏化光电转换元件的结构的截面图。

如图1所示，在染料敏化光电转换元件中，透明导电层2设置在透明衬底1的一个主表面上。在透明导电层2上以预定图案形状设置集电接线3。保护层4设置成覆盖集电接线3。通过保护层4，可以防止由之后将描述的电解质溶液引起的对集电接线3的腐蚀。多孔电极5设置在透明导电层2上。多孔电极5可以设置在除了集电接线3之外的部分上，或者可以设置成堆叠在集电接线3上。但是，在图1中，举例说明多孔电极5设置在除了集电接线3之外的部分上的情况。将一种或多种光敏化染料(未示出)结合到集电接线3。另一方面，导电层7设置在衬底6的一个主表面上。对电极8设置在导电层7上，以与透明导电层2上的集电接线3相面对。此外，用封装材料9来封装透明衬底1和对电极8的外周部分。此外，电解质层10设置在透明导电层2上的集电接线3和对电极8之间。电极11设置在导电层7的端部上，外部接线12连接到电极11。尽管这里省略图示，但是外部接线也连接到透明导电层2上的端部。

图2A和2B分别示出集电接线3的图案形状的示例。在图2A所示的示例中，集电接线3由总线电极3a和多个指形电极3b组成。在这种情况下，沿着透明衬底1的一侧设置总线电极3a。此外，多个指形电极3b从总线电极3a分支。在图2B所示的示例中，集电接线3由设置在透明衬底1的中心部分的总线电极3a、以及从总线电极3a分支向两侧的多个指形电极3b组成。为有效地收集通过在多孔电极5中发电所产生的电流而设置指形电极3b，而为了有效地收集由指形电极3b所收集的电流以将如此收集的电流带出到外部而设置总线电极3a。

集电接线3可以采用微细集电电极结构。图3A至3D示出微细集电电极结构的图案形状的示例。在图3A所示的示例中，集电接线3由沿着透明衬底1的一侧设置的总线电极3a、以及电连接到总线电极3a的栅格电极3c(或网格电极)组成。在图3B所示的示例中，集电接线3由沿着透明衬底1的一侧设置的总线电极3a、以及从总线电极3a分支的多个条形电极3d组成。在图3C所示的示例中，集电接线3由沿着透明衬底1的中心部分设置的总线电极3a、以及设置在总线电极3a的两侧并电连接到总线电极3a的栅格电极3c组成。在图3D所示的示例中，集电接线3由沿着透明衬底1的一侧设置的总线电极3a、以及分支到总线电极3a的两侧的多个条形电极3d组成。为有效地收集通过在多孔电极5中发电所产生的电流而设置每个栅格电极3c和条形电极3d，而为了有效地收集如此所收集的电流以将如此所收集的电流带出到外部而设置总线电极3a。

在将包括Ag颗粒和低熔点玻璃料的导电膏施涂到透明导电层2上之后，使如此施涂的导电膏固化，从而形成集电接线3。例如先前提到的低熔点玻璃料可以用作这种情况下的低熔点玻璃料。因为使用包括Ag颗粒和低熔点玻璃料的导电膏来制成集电接线3，所以当在烧制多孔电极5期间对多孔电极5加热时，低熔点玻璃料流动，从而抑制Ag颗粒的流动。为保护集电接线3免受电解质溶液影响而设置保护层4，保护层4优选地由透明金属氧化物(例如ITO、SnO₂、TiO₂或ZnO)制成。

通过对半导体细颗粒进行烧结所获得的多孔半导体层通常用作多孔电极5。光敏化染料吸附到半导体细颗粒的表面。以硅作为代表的元素半导体、化合物半导体、具有钙钛矿结构的半导体等可以用作用于半导体细颗粒的材料。这些半导体中的任一种优选是n型半导体，其中导带中的电子在光激发下变成载流子以产生阳极电流。具体地，例如，诸如氧化钛(TiO₂)、氧化锌(ZnO)、氧化钨(WO₃)、氧化铌(Nb₂O₅)、钛酸锶(SrTiO₃)或氧化锡(SnO₂)的半导体被用作多孔电极5的材料。在这些半导体当中，优选使用TiO₂(特别是锐钛矿型TiO₂)。但是，半导体的种类决不限于此，根据需要，在混合或复合之后可以使用两种或多种类型的半导体。此外，半导体细颗粒的形状可以颗粒状形状、管状形状、棒状形状等中的任意一种。

尽管对半导体细颗粒的颗粒尺寸没有特别限制，一次颗粒的平均颗粒尺寸设置在1至200nm的范围内，并且更优选地设置在5至100nm的范围内。此外，各自具有比每个半导体细颗粒更大的颗粒尺寸的颗粒彼此混合，入射光受到颗粒的散射，从而还可以增加量子产率。在这种情况下，尽管与半导体细颗粒特别混合的颗粒的平均颗粒尺寸优选设置在20-500nm的范围内，但是本发明决不限于此。

实际表面面积包括与由半导体细颗粒组成的多孔半导体层的内部孔面对的细颗粒表面的表面面积的多孔电极，优选作为多孔电极5，以使得尽可能多的光敏化染料可以彼此结合。为此，在多孔电极5形成在透明导电层2上的状态下的实际表面面积优选是多孔电极5的外侧表面的面积(投影面积)的10倍或更大，并且更优选地是多孔电极5的外侧表面的面积(投影面积)的100倍或更大。尽管对该比率没有具体限制，通常，该比率是1000。

通常，因为随着多孔电极5的厚度进一步增加和单元投影面积中包括的半导体细颗粒的数量进一步增加，实际表面面积增加并且能够保持在单元投影面积内的光敏化染料的量增加，所以光吸收系数变大。另一方面，当多孔电极5的厚度增加时，从光敏化染料移动到多孔电极5的电子进行扩散直到这些电子到达透明导电层2的距离增加。结果，由于在多孔电极5内电荷复合所引起的电子的损失也变大。因此，尽管在多孔电极5中存在优选厚度，但是该厚度通常设置在0.1至100μm的范围内，更优选地设置在1至50μm的范围内，并且进一步优选地设置在3至30μm的范围内。

电解质溶液包括中间包含氧化还原体系(氧化还原对)的液体溶液。具体地，例如，碘(I₂)、和金属或有机物的碘盐的组合；溴(Br₂)、和金属或有机物的溴盐的组合等，用作氧化还原体系。组成金属盐的阳离子包括锂(Li⁺)、钠(Na⁺)、钾(K⁺)、铯(Cs⁺)、镁(Mg²⁺)、钙(Ca²⁺)等。此外，季铵离子(例如四烷基铵离子类、吡啶离子类或咪唑类)适合作为组成有机物盐的阳离子。这些离子类可以简单地使用，或者可以使用彼此混合的两种或更多种离子类。

电解质层10通常由电解质溶液组成，并且根据需要进行选择。但是，除此之外，金属配合物(例如亚铁氰酸盐和铁氰酸盐的组合、或二茂铁或二茂铁离子的组合)、硫酸化合物(例如多硫化钠)、或烷基硫醇和烷基二硫化物的组合、紫原色素、或氢醌和醌的组合也可用作电解质溶液。

在上述当中，具体地，通过将碘(I₂)和季铵化合物(例如碘化锂(LiI)、碘化钠(NaI)或咪唑碘化物)彼此组合而获得的电解质，优选作为电解质溶液的电解质。电解质盐的浓度对于溶剂优选在0.05至10M的范围内，对于溶剂更优选地在0.2至3M的范围内。碘(I₂)或溴(Br₂)的浓度优选在0.0005至1M的范围内，更优选的在0.001至0.05的范围内。

在上述当中，具体地，通过将碘(I₂)和季铵化合物(例如碘化锂(LiI)、碘化钠(NaI)或咪唑碘化物)彼此组合而获得的电解质，适合作为电解质溶液的电解质。电解质盐的浓度对于溶剂优选在0.05至10M的范围内，并且更优选的对于溶剂在0.2至3M的范围内。碘(I₂)或溴(Br₂)的浓度优选在0.0005至1M的范围内，更优选地在0.001至0.5M的范围内。此外，为了增加开路电压和短路电流，还可以增加任意种类的添加剂中(例如4-叔丁基吡啶类和苯并咪唑类)。

此外，通常，水、醇类、醚类、酯类、碳酸酯类、内酯类、羧酸酯类、磷酸三酯类、杂环化合物类、硝基类、酮类、酰胺类、硝基甲烷、卤化烃、二甲亚砜、环丁砜、N-甲基吡咯烷酮、1，3-二甲基咪唑啉酮、3-甲基恶唑烷酮、碳氢化合物等被用作组成电解质溶液的溶剂。

透明衬底1并没有特别限定，只要透明衬底1由材料制成并且具有光易于透射通过的形状，因此可以使用各种类型的衬底材料。具体地，优选使用对于可见光具有大透过率的衬底材料。此外，材料优选具有阻断性能以阻挡想要从外部进入染料敏化光电转换元件的水分或气体，并且在耐溶剂性和耐候性方面优异。具体地，用于透明衬底1的材料包括透明无机材料(例如石英或玻璃)，或透明塑料(例如，聚对苯二甲酸乙二酯、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、聚偏二氟乙烯、醋酸纤维素、苯氧基溴化物、芳纶类、聚酰亚胺类、聚苯乙烯类、聚芳酯类、聚砜类、或聚烯烃类)。透明衬底1的厚度并没有特别限定，因此可以考虑到光透过率、以及用于阻断光电转换元件内部和外部的性能来适当地选择该厚度。衬底6可以对于光是透明的或不透明的。当使用透明衬底作为衬底6时，可以使用与透明衬底1类似的衬底作为透明衬底。不透明玻璃、塑料、陶瓷、金属等也可以用作衬底6的材料。

在透明导电层2的薄层电阻更小时，设置在透明衬底1上的透明导电层2是优选的。具体地，透明导电层2的薄层电阻优选等于或小于500Ω/□，更优选的是等于或小于100Ω/□。可以使用已知材料作为组成透明导电层2的材料，可以根据需要选择该已知材料。组成透明导电层2的材料具体地包括铟锡复合氧化物(ITO)、掺氟的氧化锡(IV)、SnO₂(FTO)、氧化锡(IV)SnO₂、氧化锌(II)ZnO、铟锌复合氧化物(IZO)等。但是，组成透明导电层2的材料决不限于此，因此上述材料中的两种或更多种可以彼此结合加以使用。设置在衬底6上的导电层7可以对于光是透明的或者不透明的。当使用透明导电层作为导电层7时，可以使用与透明导电层2类似的透明导电层作为上述透明导电层。

尽管只要相关的光敏化染料表现出光敏作用，则将要结合到多孔电极5的光敏化染料并不特别限定，但是具有吸附到多孔电极5的表面的酸官能团的光敏化染料是优选的。通常，具有羧基、磷酸基等的光敏化染料优选作为光敏化染料。在这些光敏化染料当中，具有羧基的光敏化染料特别优选作为光敏化染料。光敏化染料的具体示例包括呫吨系染料(例如，罗丹明B、玫瑰红、伊红或赤藓红)、菁系染料(例如，份菁、喹啉菁或隐花菁)、碱性染料(例如，酚藏花红、卡布里蓝、硫堇或亚甲基蓝)、或卟啉系化合物(例如，叶绿素、锌卟啉或镁卟啉)。除此之外，光敏化染料的具体示例包括偶氮染料、酞菁化合物、香豆灵系化合物、联吡啶配合物、蒽醌系染料、多环醌系染料等。在这些当中，配体包括吡啶环或咪唑环、并且金属从由Ru、Os、Ir、Pt、Co、Fe和Cu组成的群组中选出的配合物的染料是优选的，因为该染料的量子产率高。具体地，包括作为基本骨干的顺式-双(异硫氰酸酯)-N、N-双(2，2’-联吡啶-4，4’-二羧酸)-钌(II)、或三(异硫氰酸酯)-钌(II)-2，2’：6’，2”-三吡啶-4，4’，4”-三羧酸的染料分子是优选的，因为这些分子的吸收波长范围宽。但是，光敏化染料决不限于此。尽管通常使用这些光敏化染料中的一种光敏化染料作为光敏化染料，但是，可以将两种或更多种光敏化染料混合起来加以使用。当将两种或更多种光敏化染料混合起来加以使用时，优选地，光敏化染料包括具有引起金属到配体电荷转移(MLCT)的特性并保持在多孔电极5中的无机配合物染料、以及具有分子内电荷转移(CT)并保持在多孔电极5中的有机分子染料。在这种情况下，无机配合物染料和有机分子染料以彼此不同的空间构造吸附在多孔电极5上。无机配合物染料优选具有羧基或膦酰基，作为结合到多孔电极5的官能团。此外，有机分子染料优选在相同的碳具有羧基或膦酰基、氰基、氨基、硫醇基或硫酮基，作为结合到多孔电极5的官能团。无机配合物染料例如具有多吡啶配合物。此外，有机分子染料例如是具有供电子基团和电子接受基团、并且具有分子内CT特性的芳香族多环共轭系分子。

对讲光敏化染料吸附到多孔电极5的方法没有特别限定。但是，上述光敏化染料例如可以溶解在溶剂(醇类、硝基类、硝基甲烷、卤化烃、醚类、二甲基亚砜、酰胺类、N-甲基吡咯烷酮、1，3-二甲基咪唑啉酮、3-甲基恶唑烷酮、酯类、碳酸酯类、酮类、碳氢化合物或水)中，多孔电极5可以浸渍在该溶剂中。此外，可以将包括敏化染料的液体溶液施涂到多孔电极5上。此外，为了减少光敏化染料的分子之间的缔合，可以增加脱氢胆酸等。根据需要，还可以将紫外线吸收剂一起使用。

在光敏化染料吸附到多孔电极5上之后，为了促进去除过量吸附到多孔电极5上的光敏化染料，可以通过使用氨基类来处理多孔电极5的表面。氨基类的示例包括吡啶、4-叔丁基吡啶、聚乙烯吡啶等。当这样的氨基类是液体时，该氨基类可以未加改变进行使用或者可以溶解在有机溶剂中加以使用。

当对电极8的材料是导电材料时，可以使用任意导电材料。此外，当导电层形成在面对由绝缘材料制成的电解质层10的一侧时，还可以使用导电材料。对于对电极8的材料，优选使用电化学稳定的材料。具体地，优选使用铂、金、碳、导电聚合物等。

此外，为了增强对于对电极8中的还原反应的催化作用，优选在对电极8的与电解质层10接触的表面上形成精细结构，以增加实际表面面积。例如，在使用铂的情况下，优选以铂黑状态形成精细结构。此外，在使用碳的情况下，优选以多孔碳状态形成精细结构。可以通过使用用于铂的阳极氧化方法或氯化铂处理来形成铂黑。此外，可以通过执行碳细颗粒的烧结或者有机聚合物的烧制等来形成多孔碳。

具有耐光性、绝缘特性、和防水特性的材料优选用作封装材料9的材料。用于封装材料9的材料的具体示例包括环氧树脂、紫外线可固化树脂、丙烯酸树脂、聚异丁烯树脂、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、离聚物树脂、陶瓷、各种类型的热熔融键合膜等。

此外，尽管当注入电解质成分的液体溶液时，需要提供入口，除了多孔电极5和对电极8上与多孔电极5相对应的部分之外，不需要特别限定入口的位置。此外，尽管注入电解质成分的液体溶液的方法并不特别限定，但是优选的方法是：预先封装外周边，将电解质成分的液体溶液注入到光电转换元件的内部，其中用于液体溶液的入口在减压下打开。在这种情况下，简单的方法是：通过使用毛细管现象将液体溶液的多个液滴滴到入口以进行注入。此外，根据需要，还可以在减压下或者在加热下操作液体溶液的注入。在液体溶液完全注入之后，移除入口中剩余的液体溶液，然后将入口密封。尽管对密封方法也并没有特别限定，但是通过使用密封剂将玻璃板或塑料衬底粘附到入口，从而可以在必要时用这样的构件来密封入口。此外，除了该方法之外，类似用于液晶面板的液晶滴入(ODF)处理，将电解质溶液滴到衬底上，在减压下将适当的构件粘附到衬底，从而可以执行密封。此外，对于使用聚合物等的凝胶状电解质、或全固态电解质，通过使用浇铸方法使包括电解质成分的聚合物液体溶液、以及增塑剂挥发而从多孔电极5上去除。在完全去除增塑剂之后，通过使用上述方法类似地执行密封。通过使用真空密封机等在惰性气体环境中或在减压下完全执行密封。在执行密封之后，为充分将电解质注入到多孔电极5中，根据需要，还可以执行用于加热或施加压力的操作。

[制造染料敏化光电转换元件的方法]

然后，将对于制造染料敏化光电转换元件的方法进行描述。

首先，通过使用溅射方法等，将透明导电层2形成在透明衬底1的一个主表面上。

然后，在将包括Ag颗粒和低熔点玻璃料的导电膏施涂到透明导电层2上以具有预定布线图案形状之后，使导电膏固化，从而形成集电接线3。

然后，形成保护层4以覆盖集电接线3。

然后，在透明导电层2上形成多孔电极5。尽管对形成多孔电极5的方法并没有特别限定，但是在考虑到物理特性、便利性、制造成本等时，优选使用湿法膜形成方法。对于湿法膜形成方法，优选的方法是：制备膏状分散液，在该分散液中半导体细颗粒的粉末或溶胶均匀地分散在溶剂(例如水)中，将产生的分散液施涂或印刷到透明衬底1的透明导电层2上。对用于分散液的施涂方法或印刷方法并没有特别限定，可以使用已知方法。具体地，对于施涂方法，例如，可以使用浸渍方法、喷涂方法、线棒方法、旋涂方法、辊涂方法、刮刀涂布方法、凹版涂布方法等。此外，对于印刷方法，可以使用凸版印刷方法、胶印方法、凹版印刷方法、凹雕印刷方法、橡皮印刷方法、丝网印刷方法等。应当注意，根据处理条件(例如，温度、化学处理中的pH)或材料的耐热性和耐化学性，可以使得形成集电接线3和保护层4、和形成多孔电极5的顺序与上述顺序不同。

为了在将半导体细颗粒施涂或印刷到透明导电层2上之后使半导体细颗粒彼此电连接、增加多孔电极5的机械强度、并增强透明导电层2和多孔电极5之间的粘结，优选对多孔电极5进行烧制。尽管对烧制温度的范围并没有特别限定，但是因为当使得烧制温度升高太多时，透明导电层2的电阻增大，此外透明导电层2会熔化，所以烧制温度通常优选设置在400至700℃的范围内，更优选地设置在400至600℃的范围内。此外，尽管对烧制时间也并没有特别限定，但是通常烧制时间设置在约十分钟至约十小时的范围内。在烧制阶段，也对集电接线3进行加热。但是，因为使用包括Ag颗粒和低熔点玻璃料的导电膏来制成集电接线3，所以低熔点玻璃料流动，结果抑制了Ag颗粒的流动。

为了增加半导体细颗粒的表面面积、并且增加在完成烧制之后半导体细颗粒中的颈缩，例如，多孔电极5可以在四氯化钛的液体溶液或各自具有10nm或更小的颗粒直径的氧化钛超细颗粒的溶胶中受到浸渍处理。当使用塑料衬底作为支撑透明导电层2的透明衬底1时，可以通过使用包括粘结材料的膏状分散液体溶液在透明导电层2上形成多孔电极5，还可以通过执行热压将多孔电极5压力结合到透明导电层2。

然后，将上面形成有多孔电极5的透明衬底1浸渍在敏化染料液体溶液中，在该敏化染料液体溶液中光敏化染料溶解在预定溶剂中，从而将光敏化染料吸附到多孔电极5上。

另一方面，在通过使用溅射方法等在衬底6上形成导电层7之后，通过使用溅射方法等在导电层7上形成对电极8。

然后，上面形成有多孔电极5的透明衬底1、以及对电极8经设置，以使得多孔电极5和对电极8以预定间隔(例如，1至100μm的间隔，优选的1至50μm的间隔)彼此面对。此，在透明衬底1和对电极8各自的外周部分中形成封装材料9，以限定包围电解质层的空间。此外，通过例如预先形成在透明衬底1中的液体注入入口(未示出)将电解质层10注入到该空间中。之后，关闭液体注入入口。

于是，制造了目标染料敏化光电转换元件。

[染料敏化光电转换元件的操作]

然后，将详细描述染料敏化光电转换元件的操作。

当使得光入射到染料敏化光电转换元件时，染料敏化光电转换元件运行作为以对电极8和透明导电层2分别当作正电极和负电极的电池。操作的主要原理如下。应当注意，在这种情况下，假定使用FTO作为透明导电层2的材料，使用TiO₂作为多孔电极5的材料，使用I^-/I₃ ^-的氧化还原物种作为氧化还原对。但是，本发明决不限于此。

当吸附到多孔电极5的光敏化染料吸收了传输通过透明衬底1和透明导电层2而将入射到多孔电极5的光子时，光敏化染料中的电子被从基态(LUMO：最低未占分子轨道)激发到激发态(HOMO：最高占据分子轨道)。电子因此受激发经由光敏化染料和多孔电极5之间的电偶联被引导至组成多孔电极5的TiO₂的导带以穿过多孔电极5，从而到达透明导电层2。

另一方面，失去电子的光敏化染料根据下列反应从电解质层10中的还原剂(例如I^-)接收电子，以在电解质层10中产生氧化剂(例如I₃ ^-(I₂和I^-的结合))：

2I^-→I₂+2e^-

I₂+I^-→I₃ ^-

如此产生的氧化剂由于扩散而到达对电极8，并根据上述反应的逆反应从对电极8接收电子，以还原成原始还原剂。

I₃ ^-→I₂+I^-

I₂+2e^-→2I^-

在从透明导电层2发送到外部电路的电子在外部电路中进行电气工作之后，电子返回到对电极8。以此方式，光能转换成电能，而不在电解质层10以及光敏化染料中留下任何变化。

<示例>

以下列方式制造染料敏化光电元件。

在玻璃衬底上形成FTO层的构件被用作透明衬底1，在透明衬底1上形成透明导电层2。

在将包括Ag颗粒和低熔点玻璃料的导电膏施涂到FTO层上以具有多个条形电极从总线电极分支的预定形状之后，使导电膏固化以形成利用Ag颗粒制成的集电接线3。

然后，在通过使用溅射方法在整个表面上形成TiO₂膜之后，通过执行蚀刻对TiO₂膜进行图案化以形成保护层4。

通过参照非专利文件(CMC Publishing Co.，Ltd.的Hironori Arakawa在2001年主编的)“The Newest Technology of Dye-Sensitized Solar Cell”，来制备在形成多孔电极5时作为原材料的TiO₂的膏状分散液体溶液。也就是说，首先，在室温下搅动0.1M并且750ml的硝酸液体溶液的同时，将125ml的异丙醇钛逐渐滴入到0.1M并且750ml的硝酸液体溶液。在滴入之后，将产生的液体溶液移动到设置在80℃的恒温浴，连续执行搅动达八小时，结果，获得白色半透明溶胶液体溶液。在将产生的溶剂液体溶液开放冷却直到达到室温、并且通过使用玻璃过滤器进行过滤之后，添加溶剂，以使得液体溶液的体积设置成700ml。在将产生的溶剂液体溶液移动到高压釜、并之后在220℃下执行水热反应达12小时之后，产生的溶剂液体溶液受到超声波处理达一小时，从而执行分散处理。然后，通过使用蒸发器在40℃下对产生的液体溶液进行浓缩，产生的液体溶液之后经制备以使得TiO₂的含量变成20wt％。TiO₂的质量占20％的(具有500,000的分子量的)聚乙二醇和TiO₂的质量占30％的具有200nm颗粒直径的锐钛矿型TiO₂被添加在浓缩的溶胶液体溶液，然后在搅动和消泡装置中均匀地彼此混合，从而获得粘性增加的TiO₂的膏状分散液体溶液。

通过使用刮刀涂布方法将上述TiO₂的膏状分散液体溶液施涂到FTO层上，从而形成具有5mm×5mm尺寸和200μm厚度的细颗粒层。在此之后，将产生的TiO₂的细颗粒层保持在510℃下达30分钟以烧结FTO层上的TiO₂的细颗粒。0.1M的四氯化钛(titanium(IV)chloride)(TiCl₄)液体溶液被滴到如此烧结的TiO₂膜上，然后被保持在室温下达15小时，执行清洁，并在500℃下再次执行烧制达30分钟。在此之后，通过使用紫外照射装置将紫外光照射到TiO₂烧结体达30分钟，从而通过TiO₂的光催化作用产生的氧化分解来去除诸如TiO₂烧结体中包括的有机物质的杂质，并执行用于增加TiO₂烧结体的活性的处理，从而获得多孔电极5。

在玻璃衬底上形成FTO层的构件被用作衬底6，在衬底6上形成导电层7。通过使用溅射方法在导电层7上形成由铂制成的对电极8。

将作为光敏化染料的23.8mg的充分纯化的Z907溶解在通过将乙腈和叔丁醇以1∶1的体积比彼此混合而获得的50mm的混合溶剂中，从而制备了光敏化染料液体溶液。

然后，在室温下将多孔电极5浸渍在以上述方式制备的光敏化染料液体溶液中达24小时，光敏化染料保持在TiO₂细颗粒的表面上。然后，在通过按顺序使用4-叔丁基吡啶的乙腈液体溶液和乙腈来清洁多孔电极5之后，在暗处使溶剂蒸发以对多孔电极5进行干燥。

将0.045g的碘化钠(NaI)、1.11g的1-丙基-2.3-二甲基咪唑碘、0.11g的碘(I₂)、和0.081g的4-叔丁基吡啶溶解在3g的甲氧基乙腈中，从而制备了电解质溶液。

然后，在使得透明衬底1和衬底6彼此面对的状态下，将封装材料9形成为围绕透明衬底1和衬底6的周边。

在此之后，通过预先设置在透明衬底1中的用于溶液注入的孔来注入电解质溶液，从而形成电解质层10。

于是，制造了目标染料敏化光电转换元件。

<导电膏的评价>

通过改变在形成集电接线3中使用的导电膏中包括的低熔点玻璃料的种类，来执行基本评价试验。四种玻璃料：玻璃料(玻璃料A)；玻璃料(玻璃料B)；玻璃料(玻璃料C)；和玻璃料(玻璃料D)被用作低熔点玻璃料。在这种情况下，玻璃料(玻璃料A)包括氧化铋、氧化硼、氧化锌和氧化铝，并且玻璃料(玻璃料A)的软化点等于或高于380℃并等于或低于400℃。玻璃料(玻璃料B)包括氧化铋、氧化锌和氧化硼，并且玻璃料(玻璃料B)的软化点等于或高于440℃并等于或低于460℃。玻璃料(玻璃料C)包括氧化铋、氧化硼、氧化锌、氧化铜和氧化硅，并且玻璃料(玻璃料C)的软化点等于或高于450℃并等于或低于470℃。此外，玻璃料(玻璃料D)包括氧化铋、氧化锌、氧化硼和氧化硅，并且玻璃料(玻璃料D)的软化点等于或高于460℃并等于或低于480℃。在以条形形状将包括Ag颗粒和低熔点玻璃料的导电膏施涂到形成在玻璃衬底上的FTO层上之后、然后使该导电膏固化之后，形成由TiO₂细颗粒制成的多孔电极5，然后多孔电极5在510℃下进行烧制。图4A至4D分别示出使用玻璃料A、B、C和D作为低熔点玻璃料的试样1至4的光学显微镜照片。如图4A所示，在试样1的情况下，玻璃料流动到使用Ag颗粒制成的集电接线的两侧超过40至50μm的宽度。此外，Ag颗粒散布到集电接线的两侧并且在一侧有约250μm的宽度，析出的Ag颗粒每个都很小，并且集电接线的高度从初始状态的24μm减小到21.5μm。在试样2的情况下，玻璃料流动到使用Ag颗粒制成的集电接线的两侧超过30至40μm的宽度。此外，Ag颗粒散布到集电接线的两侧并且在一侧有约300μm的宽度，析出的Ag颗粒每个都是中度大小，并且集电接线的高度从初始状态的20μm减小到17μm。在试样3的情况下，玻璃料流动到使用Ag颗粒制成的集电接线的两侧超过约10μm的宽度。此外，Ag颗粒散布到集电接线的两侧并且在一侧有约500μm的宽度，析出的Ag颗粒每个都较大，并且集电接线的高度从初始状态的25μm减小到23.5μm。此外，在试样4的情况下，玻璃料流动到使用Ag颗粒制成的集电接线的两侧超过约20μm的宽度。此外，Ag颗粒散布到集电接线的两侧并且在一侧有约350μm的宽度，析出的Ag颗粒每个都较大，并且集电接线的高度从初始状态的23.5μm减小到21.5μm。根据这些结果，可以理解，存在这样的趋势，即，随着低熔点的软化点变高，玻璃料的流动减小，Ag的散布增加，并且析出的Ag颗粒各自变大。在试样1至4中任一者中，充分抑制了集电接线的流动。

如上所述，根据本发明的第一实施例，因为使用包括Ag颗粒和低熔点玻璃料的导电膏制成集电接线3，在烧制多孔电极5期间低熔点玻璃料流动。结果，可以抑制Ag颗粒的流动。为此，可以抑制集电接线3的流动，可以防止由于Ag的含量引起多孔电极5的恶化，并且可以增强染料敏化光电元件的长期可靠性。

2.第二实施例

[染料敏化光电转换元件]

在根据本发明的第二实施例的染料敏化光电元件中，如图5所示，当在透明衬底1上形成由FTO制成的透明导电层2时，在透明导电层2上经由导电粘结层13而形成使用包括Ag颗粒和低熔点玻璃料的导电膏制成的集电接线3。也就是说，在由FTO制成的透明导电层2上形成导电粘结层13，然后在导电粘结层13上形成集电接线3。导电粘结层13例如由从由Ag、Au、Pt、Ti、Cr、Al和Cu组成的群组选出至少一种金属制成。

除了上述结构之外，染料敏化光电转换元件的结构与根据本发明的第一实施例的染料敏化光电转换元件的结构相同。

[制造染料敏化光电转换元件的方法]

除了在透明导电层2上经由导电粘结层13而形成集电接线3之外，根据制造本发明的第二实施例的染料敏化光电转换元件的方法与制造第一实施例的染料敏化光电转换元件的方法相同。

根据本发明的第二实施例，可以获得如下所述的效果。也就是说，在由FTO制成的透明导电层2上形成使用包括Ag颗粒和低熔点玻璃料的导电膏制成的集电接线3的情况下，当经由导电粘结层13而形成集电接线3时，相比于将集电接线3直接形成在透明导电层2上的情况，接触电阻可以减小。其原因在于，因为Ag颗粒对于导电粘结层13的粘结性更优于导电膏中包括的Ag颗粒对于由FTO制成的透明导电层2的粘结性。如上所述，可以减小集电接线3对于透明导电层2的接触电阻，从而可以获得优异的集电性能，转而可以增强染料敏化光电转换元件的光电转换效率。

3.第三实施例

[染料敏化光电转换元件]

在根据本发明的第三实施例的染料敏化光电转换元件中，将对于集电接线3的图案形状的优化进行下列描述。

在染料敏化光电转换元件中，如图2A或2B所示，集电接线3由具有相对宽的图案的总线电极3a、以及从总线电极3a分支并各自具有相对细的图案的指形电极3b组成。总线电极3a可以设置在多孔电极5上，或者可以设置在除了多孔电极5之外的部分上。

因为在染料敏化光电转换元件的光入射表面侧上形成指形电极3b，所以当使得指形电极3b的面积为大时，有效光接收面积减小，染料敏化光电转换元件的发电量相应地减小。与此相反，当使得每个指形电极3b变细以减小指形电极3b的面积时，每个指形电极3b的集电电阻增大，并且电阻损耗相应地增大。

此外，因为指形电极3b从其末端到其基部对通过在多孔电极5中发电所产生的电流进行集电，所以指形电极3b的每单位长度的被引起从末端朝向基部流动的电流增加。当假设在多孔电极5的表面上均匀地产生电流i₀(A/m²)时，电流I₀由公式(1)表示：

I₀＝i₀×d₀            (1)

                          。

其中，I₀是被引起流动到指形电极3b的单位长度中的电流(A/m)，d₀是多孔电极5的宽度(m)(指形电极3b的间隔)。为此，如图6A和6B所示，由公式(2)表示被引起流动通过与指形电极3b的末端相距y的部位的电流I(y)：

I(y)＝I₀×y＝i₀d₀y            (2)

                                。

因此，电流I(y)与y成比例地增加。

这时，在部位y中在指形电极3b上的损耗密度q(y)(W/m²)由公式(3)表示：

q(y)＝RI(y)²/t＝ρ₀I₀ ²y²/h₀t²＝ρ₀(d₀i₀y)²/h₀t²       (3)

                                                         。

其中，ρ₀是组成指形电极3b的材料的体积电阻率(Ωm)，h₀是指形电极3b的高度(m)，t是指形电极3b的宽度(m)。因此，损耗密度q(y)与y的平方成比例地增加(参照图6C)。

指形电极3b的高度h₀不需要恒定。但是，优选的，恒定高度h₀使得制造容易，这是因为诸如导电膏的丝网印刷和配料等处理、以及质量控制也变得容易。

这里，当指形电极3b从末端朝向与总线电极3a结合的部分逐渐变宽、并且指形电极3b的宽度的变化由公式(4)表示时，可以使多孔电极5的有效面积和指形电极3b的面积之间的平衡最优化。结果，可以使从染料敏化光电转换元件的输出最大化。

在额定发电阶段的环境中，

(1)指形电极3b上每单位面积的发热量变得近似等于多孔电极5的每单位面积的发电量。

(2)具体地，使得指形电极3b的宽度t(m)满足公式(4)：

$t=d_0{i}_{0}y\&times;\sqrt{\frac{{\mathrm{\&rho;}}_0}{h_0{W}_0}}---\left(4\right).$

其中，d₀是发电电极宽度(指形电极3b的间隔)(m)，i₀是额定发电电流密度(A/m²)，y是与指形电极3b的末端的距离(m)，ρ₀是指形电极3b的材料的体积电阻率(Ωm)，h₀是指形电极3b的厚度(m)，并且W₀是发电输出密度(W/m²)。

(3)指形电极3b的宽度在由公式(4)表示的宽度值的-70至+100％的范围内。

可以按照如下所述的方式导出公式(4)。使得W₀(W/m²)为多孔电极5上的发电输出密度，并且使得q(y)(W/m²)为定位在与指形电极3b的末端相距距离y的位置上每单位面积的发热量(损耗)(参照公式(3))。当位置y的宽度增加Δt时，多孔电极5上的发电输出的减小由下列公式表示：

ΔW＝-WΔt

            。

此外，指形电极3b上位置y的损耗的减小由公式(5)表示：

$\mathrm{\&Delta;Q}\left(y\right)=\frac{{\mathrm{\&rho;}}_0{I}_0^2{y}^2}{h_{0}t}-\frac{{\mathrm{\&rho;}}_0{I}_0^2{y}^2}{h_0(t+\mathrm{\&Delta;t})}=\frac{{\mathrm{\&rho;}}_0{I}_0^2{y}^2\mathrm{\&Delta;t}}{h_{0}t(t+\mathrm{\&Delta;t})}---\left(5\right).$

这里，当在数学上消除公式(5)的分母、并且忽略Δt的二次项时，公式(5)转变成公式(6)：

$\mathrm{\&Delta;Q}\left(y\right)=\frac{{\mathrm{\&rho;}}_0{I}_0^2{y}^2\mathrm{\&Delta;t}}{h_0{t}^2}---\left(6\right).$

为了获得在多孔电极5上的发电输出的减小和指形电极3b上的损耗的减小之间的平衡，从而获得最大输出，使(ΔQ+ΔW)最大化：

$\mathrm{\&Delta;Q}+\mathrm{\&Delta;W}=(\frac{{\mathrm{\&rho;}}_0{I}_0^2{y}^2}{h_0{t}^2}-W_0)\mathrm{\&Delta;t}---\left(7\right)$

$\frac{\mathrm{\&Delta;}(Q+W)}{\mathrm{\&Delta;t}}=\frac{{\mathrm{\&rho;}}_0{I}_0^2{y}^2}{h_0{t}^2}-W_0---\left(8\right)$

当使公式(8)的右侧为零并且相对于t来求解公式(8)时，推导出公式(4)。

也就是说，根据公式(4)，指形电极3b的宽度t根据与指形电极3b的末端的距离y而改变，从而可以使(ΔQ+ΔW)最大化。图7示出指形电极3b的理想形状，该指形电极3b的宽度t根据公式(4)改变。

但是，由于诸如丝网印刷、配料等的原因，不可能使指形电极3b的末端的宽度接近零。然后，当使得t_min是根据处理所确定的指形电极3b的最小宽度时，在这种情况下，优选形成图8所示的形状。

具有大电导率的材料优选用于指形电极3b的材料，金属材料(例如，Ag、Pt、Ru、Au、Cu、Ni、Mo或Ti)是优选的。此外，因为在很多情况下在染料敏化光电转换元件中使用碘系电解质溶液，所以对于电解质溶液具有更高耐腐蚀性的材料优选用于指形电极3b的材料。

根据布线模拟来评价在对上述集电接线3的图案形状进行优化时的损耗减少。

图9示出在应用该优化之前的模拟结果。如图9所示，当多孔电极5的宽度是8mm时每个模块的损耗是6.13mW。

图10示出应用该优化之后的模拟结果。在多孔电极5的宽度是8mm时每个模块的损耗是5.06mW。由此，可以理解，与应用该优化之前的情况相比，在这种情况下每个模块的损耗减小了近似约1mW。可以理解，由图10所示的圆圈围绕的部分从图9所示的部分改变，因此损耗减少。

图11A、11B和11C分别示出从模拟获得染料敏化光电转换元件的开口率、电阻损耗和最终输出的结果。如图11A、11B和11C所示，尽管开口率由于该优化而略微减小，电阻损耗的减少效果优先于开口率的略微减小，因此从染料敏化光电转换元件的最终输出提高了约1.1mW。

根据本发明的第三实施例，除了与第一实施例中相同的那些效果之外，可以获得下列效果。也就是说，集电接线3形成为由总线电极3a和指形电极3b组成，并且每个指形电极3b的宽度t根据公式(4)改变。因此，可以使从染料敏化光电转换元件的输出最大化。此外，每个指形电极3b的宽度t在每个指形电极3b的末端处从处理中的最小宽度开始，并且中间的宽度t根据公式(4)改变，从而可以在适合于制造处理的同时使从染料敏化光电转换元件的输出最大化。此外，因为每个指形电极3b的材料是金属材料，例如Ag、Pt、Ru、Au、Cu、Ni、Mo或Ti，所以可以用指形电极3b有效地收集电力，因此可以使从染料敏化光电转换元件的输出最大化。

4.第四实施例

[染料敏化光电转换元件]

在根据本发明的实施例的染料敏化光电转换元件中，现在将对通过使用与在第三实施例中不同的方法来优化集电接线3的图案形状进行描述。

在染料敏化光电转换元件中，如图3B所示，集电接线3由具有较宽图案的总线电极3a、以及从总线电极3a分支并各自具有较细图案的条形电极3d组成。

条形电极3d的节距(线周期)被选择为满足下列公式：

$d_0=\sqrt{\frac{{3\mathrm{tW}}_0}{R_0{i}_0^2{l}^2}+t^2}.$

其中，t是条形电极3d的宽度(m)，W₀是发电输出密度(W/m²)，R₀是条形电极3d的线电阻(Ω/m)，i₀是额定发电电流密度(A/m²)，并且l是条形电极3d的集电距离(m)。

或者，由于处理中的便利性、外观、制造误差等原因，条形电极3d的节距选择为落在由上述公式计算的节距的-70％至+250％的范围内。该范围对应于从染料敏化光电转换元件的输出从最优点减少-30％的范围。

可以按照下列描述的方式推导出上述公式(13)。首先，计算条形电极3d上每单位面积的电阻损耗。当假设电流i₀(A/m²)在多孔电极5的表面上均匀地产生时，电流I₀由下列公式表示(参照图12)：

I₀＝i₀×(d₀-t)

                    。

其中，I₀是被引起流动经过条形电极3d的单位长度的电流(A/m)，t是条形电极3d的宽度(m)，d₀是条形电极3d的节距，并且R是条形电极3d的线电阻(Ω/m)。定位在与条形电极3d的末端相距距离y的位置上的每单位面积电阻损耗q(y)(W/m²)由下列公式表示：

$q\left(y\right)[W/m^2]=\frac{\mathrm{RI}{\left(y\right)}^2}{t\left(y\right)}=\frac{R{\left({\&Integral;}_0^{y}i\left(y\right)\mathrm{dy}\right)}^2}{t}=\frac{R{\left({\&Integral;}_0^y{i}_0(d_0-t)\mathrm{dy}\right)}^2}{t}.$

当在t为常数的情况下对上述公式进行积分时，每单位面积的电阻损耗q(y)(W/m²)由下列公式表示：

$q\left(y\right)=\frac{{\mathrm{\&rho;}}_0{i}_0^2{y}^2}{h_0{t}_0^2}{(d_0-t_0)}^2.$

其中，ρ₀是金属的体积电阻率(Ωm)，并且具有由下列公式表示R的下列关系：

$R\left(y\right)[\mathrm{\&Omega;}/m]=\frac{{\mathrm{\&rho;}}_0}{h_{0}t}.$

然后，当相对于条形电极3d的长度的方向对上述公式进行积分时，可以获得下列公式，因此可以计算条形电极3d的每单位宽度的电阻损耗Q(W/m)。

$Q[W/m]={\&Integral;}_0^l\frac{{\mathrm{\&rho;}}_0{i}_0^2{y}^2}{h_0{t}_0^2}{(d_0-t_0)}^2\mathrm{dy}$

$=\frac{{\mathrm{\&rho;}}_0{i}_0^2{l}^3}{{3h}_0{t}_0^2}{(d_0-t_0)}^2=\frac{R_0{i}_0^2{l}^3}{{3t}_0}{(d_0-t_0)}^2$

当上述公式乘以条形电极3d的宽度t₀时，每一个条形电极3d的电阻损耗可以由下列公式计算：

$Q\left[W\right]=\frac{R_0{i}_0^2{l}^3}{3}{(d_0-t_0)}^2.$

然后，为了对于条形电极3d的宽度t搜索{W(发电功率)-Q(集电损耗)}的最大值，对于t的最小值计算{W(发电功率)-Q(集电损耗)}之间的距离。t的增大引起W减小，这是因为开口率减小，并且Q也减小，这是因为集电接线的电阻减小。

$\mathrm{\&Delta;Q}\left[W\right]=\frac{{\mathrm{\&rho;}}_0{i}_0^2{l}^3}{{3h}_0}[\frac{{(d_0-t)}^2}{t}-\frac{{(d_0-t-\mathrm{\&Delta;t})}^2}{t+\mathrm{\&Delta;t}}]$

$=\frac{{\mathrm{\&rho;}}_0{i}_0^2{l}^3}{{3h}_{0}t(t+\mathrm{\&Delta;t})}[(t+\mathrm{\&Delta;t}){(d_0-t)}^2-t{(d_0-t-\mathrm{\&Delta;t})}^2]$

$=\frac{{\mathrm{\&rho;}}_0{i}_0^2{l}^3}{{3h}_{0}t(t+\mathrm{\&Delta;t})}[(t+\mathrm{\&Delta;t}){(d_0-t)}^2-t\{{(d_0-t)}^2-2\mathrm{\&Delta;t}(d_0-t)+{\mathrm{\&Delta;t}}^2\left\}\right]$

$=\frac{{\mathrm{\&rho;}}_0{i}_0^2{l}^3}{{3h}_{0}t(t+\mathrm{\&Delta;t})}[\mathrm{\&Delta;t}{(d_0-t)}^2+2\mathrm{t\&Delta;t}(d_0-t)]$

$=\frac{{\mathrm{\&rho;}}_0{i}_0^2{l}^3}{{3h}_{0}t(t+\mathrm{\&Delta;t})}\mathrm{\&Delta;t}({d_0}^2-t^2)$

$=\frac{{\mathrm{\&rho;}}_0{i}_0^2{l}^3}{{3h}_{0}t(t+\mathrm{\&Delta;t})(t-\mathrm{\&Delta;t})}\mathrm{\&Delta;t}({d_0}^2-t^2)(t-\mathrm{\&Delta;t})$

$=\frac{{\mathrm{\&rho;}}_0{i}_0^2{l}^3}{{3h}_0{t}^2}\mathrm{\&Delta;t}({d_0}^2-t^2)$

ΔW[W]＝W₀lΔt

$\frac{\mathrm{\&Delta;Q}+\mathrm{\&Delta;W}}{\mathrm{\&Delta;t}}=\frac{{\mathrm{\&rho;}}_0{i}_0^2{l}^3}{{3h}_0{t}^2}({d_0}^2-t^2)-W_{0}l=0$

从上述公式，根据下列公式获得微分(ΔW+ΔQ)/Δt变成零的点(局部极大点)：

$\frac{{\mathrm{Ri}}_0^2{l}^3}{3t}(d_0^2-t^2)-W_0\text{l=0}$

$d_0^2=\frac{{3\mathrm{tW}}_0}{R_0{i}_0^2{l}^2}+t^2.$

通过相对于d₀求解上述公式，获得下列公式：

$d_0=\sqrt{\frac{{3\mathrm{tW}}_0}{R_0{i}_0^2{l}^2}+t^2}.$

也就是说，由上述公式表示的d₀变成给出输出局部极大点的条形电极3d的节距。

具有大电导率的材料优选用于集电接线3的材料，金属材料(例如，Ag、Pt、Ru、Au、Cu、Ni、Mo或Ti)是优选的。此外，因为在很多情况下在染料敏化光电转换元件中使用碘系电解质溶液，所以对于电解质溶液具有更高耐腐蚀性的材料优选用于条形电极3d的材料。

如图13所示，沿着透明衬底1的彼此面对的两侧设置总线电极3a。在这些总线电极3a中收集电力的结构的情况下，集电距离l变成当只在两个总线电极3a中的一个上收集电力时的集电距离的一半。

现在将描述实际计算示例。但是，在这种情况下，计算当使用银合金(导电率：3.33×10⁷S/m)、钼(Mo)(导电率：6.25×10⁶S/m)或钌(Ru)(导电率：7.14×10⁶S/m)作为集电接线3的材料时条形电极3d的最优节距。假设条形电极3d的高度是1μm，条形电极3d的宽度是50μm，并且集电长度(模块长度)是0.3m。额定面积电流密度是10A/m²，额定发电输出密度是5W/m²。表1示出计算结果。从表1，可以理解，在具有更大导电率的银合金中，电极节距是376μm，即开口率较大并最优，而在各自具有较小的导电率的Mo和Ru中的每一个中，最优电极节距变窄，并且开口率也小。

表1

	导电率(S/m)	最优电极节距(μm)	开口率
				银合金	3.33×107	376	86.7％
Mo	6.25×106	169	70.4％
				Ru	7.14×106	180	72.2％

在上述计算条件下，相对于使用银合金作为集电接线3的材料的情况，使得条形电极3d的节距可变，图14示出从染料敏化光电转换元件模块的输出的计算结果。如图14所示，与表1所示的计算结果一样，发电功率输出在86.7％的开口率处变得最大。此外，获得最大输出点的70％的输出的范围落入开口率相对于最优点表现出-35％至+10％的范围。该范围对应于在条形电极3d的节距方面-70％至+230％的范围。

类似的，在上述计算条件下，相对于使用Ru作为集电接线3的材料的情况，使得条形电极3d的节距可变，图15示出从染料敏化光电转换元件模块的输出的计算结果。与表1所示的计算结果一样，发电功率输出在72.2％的开口率处变得最大。此外，获得最大输出点的70％的输出的范围落入开口率相对于最优点表现出-42％至+20％的范围。该范围对应于在条形电极3d的节距方面-50％至+100％的范围。

根据本发明的第四实施例，可以获得与在第三实施例中相同的优点。具体地，条形电极3d的节距设置在由计算获得的节距的-70至+250％的范围内，从而可以相对于染料敏化光电转换元件的输出获得最优点的70％或更大的输出。

5.第五实施例

[染料敏化光电转换元件]

在根据本发明的第五实施例的染料敏化光电转换元件中，现在将对通过使用与第三和第四实施例中每一者都不同的方法来优化集电接线3的图案形状进行描述。

在染料敏化光电转换元件中，如图3A所示，集电接线3由具有较宽图案的总线电极3a、以及电连接到总线电极3a的栅格电极3c组成。

在栅格电极3c中，优选的是将在第四实施例中条形电极3d的计算结果与开口率结合。也就是说，根据下列公式来选择最优开口率Ap，根据组成栅格电极3c的条形电极的线电阻、宽度、额定发电输出和额定发电电流密度来获得最优开口率Ap。这里，开口率是通过将多孔电极5的面积的未被栅格电极3c覆盖的部分的面积除以多孔电极5的整个面积而获得的值。

$\mathrm{Ap}=\frac{1}{\sqrt{\frac{{3\mathrm{tW}}_0}{R_0{i}_0^2{l}^2{t}^2}+1}}.$

由于处理的便利性、外观、制造误差等原因，栅格电极3c的开口率可以落入在从上述公式计算的开口率的-40至+20％的范围内。该范围对应于从染料敏化光电转换元件的输出从最优点减小-30％的范围。

此外，如图16所示，在采用沿着透明衬底1的彼此垂直的两侧设置的总线电极3a来收集电力的结构的情况下，集电距离l变成当采用只沿着一侧设置的总线电极3a来收集电力的集电距离的一半。

根据本发明的第五实施例，可以获得与在第三实施例中相同的优点。具体地，当使用栅格电极3c时的开口率被设置在从计算获得的开口率的-40至+20％的范围内，从而可以相对于从染料敏化光电转换元件的输出获得最优点的70％或更大的输出。

6.第六实施例

[染料敏化光电转换元件]

在根据本发明的第六实施例的染料敏化光电转换元件中，多孔电极5由金属/金属氧化物细颗粒组成(通常，由通过烧结金属/金属氧化物细颗粒所获得的烧结体组成)。图17示出金属/金属氧化物细颗粒的结构的细节。如图17所示，金属/金属氧化物细颗粒14具有包括由金属制成的球形核心14a、和由围绕球形核心14a的外周的由金属氧化物制成的外壳14b的核心/外壳结构。在金属/金属氧化物细颗粒14中，一种或多种光敏化染料结合到(或吸附到)由金属氧化物制成的外壳14b的表面。

例如，氧化钛(TiO₂)、氧化锡(SnO₂)、氧化铌(Nb₂O₅)、氧化锌(ZnO)等被用作组成金属/金属氧化物细颗粒14的外壳14b的金属氧化物。在这些金属氧化物中，优选使用TiO₂(特别是锐钛矿型TiO₂)。但是，金属氧化物的种类决不限于此，因此，根据需要可以通过混合或复合来使用两种或更多种金属氧化物。此外，金属/金属氧化物细颗粒14的形状可以是颗粒状形状、管状形状、棒状形状等中的任意一种。

尽管对金属/金属氧化物细颗粒14的颗粒尺寸并没有特别限制，通常，在一次颗粒的平均颗粒尺寸中，颗粒尺寸在1至500nm的范围内，特别优选地在1至200nm的范围内，并且特别更优选地在5至100nm的范围内。此外，金属/金属氧化物细颗粒14的核心14a的颗粒尺寸通常在1至200nm的范围内。

其他的与在第一实施例中相同。

[制造染料敏化光电转换元件的方法]

然后，将对于制造染料敏化光电转换元件的方法进行具体描述。

首先，通过使用溅射方法在透明衬底1的一个主表面上形成透明导电层2，在透明导电层2上形成集电接线3。

然后，在透明导电层2上形成由金属/金属氧化物细颗粒14组成的多孔电极5。

为了在将金属/金属氧化物细颗粒14施涂到或印刷到透明导电层2上之后将金属/金属氧化物细颗粒14彼此电连接、增加多孔电极5的机械强度、并增强透明导电层2和金属/金属氧化物细颗粒14之间的粘结性，优选对多孔电极5进行烧结。

在此之后，与第一实施例的情况类似地进行处理，制造了目标染料敏化光电转换元件。

通过使用现有已知的方法可以制作组成多孔电极5的金属/金属氧化物细颗粒14。该方法例如在非专利文件Jpn.J.Appl.Phys.，Vol.46，No.4B，2007，2567-2570页中描述。将以如下示例描述制造金属/金属氧化物细颗粒14的方法的概述，其中核心14a由Au制成，外壳14b由TiO₂制成。也就是说，首先，在执行搅拌的同时，将HAuCl₄的5×10^-4M且500ml的加热液体溶液与脱氢柠檬酸3钠混合。然后，在执行搅拌的同时将2.5重量％的巯基十一烷酸加入到氨液体溶液之后，将产生的液体溶液加入到Au纳米颗粒分散液体溶液，并保温达两个小时。然后，将1M的HCl加入到产生的液体溶液，以使得液体溶液的pH被调节到3。然后，在氮气氛围下将异丙醇钛和三乙醇胺都加入到Au胶体液体溶液。以此方式，制造了金属/金属氧化物细颗粒14，在每个金属/金属氧化物细颗粒14中核心14a由Au制成并且外壳14b由TiO₂制成。

[染料敏化光电转换元件的操作]

然后，将详细描述染料敏化光电转换元件的操作。

当使得光入射到染料敏化光电转换元件时，染料敏化光电转换元件运行作为以对电极8和透明导电层2分别当作正电极和负电极的电池。操作的主要原理如下。应当注意，在这种情况下，假定使用FTO作为透明导电层2的材料，使用Au作为金属/金属氧化物细颗粒14的核心14a的材料，使用TiO₂作为外壳14b的材料，使用I^-/I₃ ^-的氧化还原物种作为氧化还原对。但是，本发明决不限于此。

当结合到多孔电极5的光敏化染料吸收了传输通过透明衬底1和透明导电层2而将入射到多孔电极5的光子时，光敏化染料中的电子被从基态(LUMO：最低未占分子轨道)激发到激发态(HOMO：最高占据分子轨道)。电子因此受激发经由光敏化染料和多孔电极5之间的电偶联、被引导至组成多孔电极5所包括的金属/金属氧化物细颗粒14的外壳14b的TiO₂的导带以穿过多孔电极5，从而到达透明导电层2。除此之外，使光入射到金属/金属氧化物细颗粒14的由Au制成的核心14a的表面，从而激发局部表面等离子体，并因此获得电场增强效果。此外，大量的电子被增强的电场激发到组成外壳14b的TiO₂的导带以穿过多孔电极5，从而到达透明导电层2。以此方式，当光入射到多孔电极5时，不仅由于光敏化染料的激发所产生的电子到达透明导电层2，而且通过金属/金属氧化物细颗粒14的核心14a的表面上的局部表面等离子体的激发而被激发到组成外壳14b的TiO₂的导带的电子也到达透明导电层2。为此，可以获得高光电转换效率。

另一方面，失去电子的光敏化染料根据下列反应从多孔电极5等所浸渍的电解质溶液中的还原剂(例如电解质溶液中的I^-)接收电子，以在电解质溶液中产生氧化剂(例如I₃ ^-(I₂和I^-的结合))：

2I^-→I₂+2e^-

I₂+I^-→I₃ ^-

如此产生的氧化剂由于扩散而到达对电极8，并根据上述反应的逆反应从对电极8接收电子，以还原成原始还原剂：

I₃ ^-→I₂+I^-

I₂+2e^-→2I^-

在从透明导电层2发送到外部电路的电子在外部电路中进行电气工作之后，电子返回到对电极8。以此方式，光能转换成电能，而不在电解质溶液以及光敏化染料中留下任何变化。

根据本发明的第六实施例，除了与在第一实施例中相同的效果之外，可以获得下列效果。也就是说，多孔电极5由金属/金属氧化物细颗粒14组成，每个金属/金属氧化物细颗粒14具有由球形核心14a和外壳14b组成的核心/外壳结构，球形核心14a由金属制成，外壳14b由金属氧化物制成并围绕球形核心14a的外周。为此，当将多孔电极5等用电解质溶液浸渍时，防止电解质溶液的电解质与每个金属/金属氧化物细颗粒14的由金属制成的球形核心14a接触，从而可以防止多孔电极5由于电解质而溶解。从而，表现出表面等离子体共振的金、银、铜等可以用作组成每个金属/金属氧化物细颗粒14的由金属制成的球形核心14a的金属，因此可以充分获得表面等离子体共振的效果。此外，可以使用碘系电解质作为电解质溶液的电解质。于是，可以获得具有大光电转换效率的染料敏化光电转换元件。此外，使用优异的染料敏化光电转换元件，从而可以制作高性能的电子装置。

7.第七实施例

[光电转换元件]

除了光敏化染料没有结合到组成多孔电极5的任意金属/金属氧化物细颗粒14之外，根据本发明的第七实施例的光电转换元件与根据本发明的第六实施例的染料敏化光电转换元件具有相同的结构。

[制作光电转换元件的方法]

除了没有将光敏化染料吸附到多孔电极5之外，制造光电转换元件的方法与根据本发明的第六实施例的制造染料敏化光电转换元件的方法相同。

[光电转换元件的操作]

然后，将详细描述光电转换元件的操作。

当使光入射到光电转换元件时，光电转换元件运行作为以对电极8和透明导电层2分别当作正电极和负电极的电池。操作的原理如下。应当注意，在这种情况下，假定使用FTO作为透明导电层2的材料，使用Au作为组成多孔电极5的每个金属/金属氧化物细颗粒14的核心14a的材料，使用TiO₂作为外壳14b的材料，使用I^-/I₃ ^-的氧化还原物种作为氧化还原对。但是，本发明决不限于此。

光传输通过透明衬底1和透明导电层2而入射到组成多孔电极5的每个金属/金属氧化物细颗粒14的由Au制成的核心14a的表面，从而激发局部表面等离子体，从而获得电场增强效果。此外，大量的电子被增强的电场激发到组成外壳14b的TiO₂的导带以穿过多孔电极5，从而到达透明导电层2。

另一方面，失去电子的多孔电极5根据下列反应从多孔电极5等所浸渍的电解质溶液中的还原剂(例如I^-)接收电子，以在电解质溶液中产生氧化剂(例如I₃ ^-(I₂和I^-的结合))：

2I^-→I₂+2e^-

I₂+I^-→I₃ ^-

如此产生的氧化剂由于扩散而到达对电极8，并根据上述反应的逆反应从对电极8接收电子，以还原成原始还原剂：

I₃ ^-→I₂+I^-

I₂+2e^-→2I^-

在从透明导电层2发送到外部电路的电子在外部电路中进行电气工作之后，电子返回到对电极8。以此方式，光能转换成电能，而不在电解质溶液中留下任何变化。

根据本发明的第七实施例，可以获得与在第一实施例中相同的优点。

8.第八实施例

[电子装置]

根据本发明的第八实施例的电子装置包括至少一个染料敏化光电转换元件，根据本发明的第一实施例的染料敏化光电转换元件具有将电解质层10设置在透明衬底1上经由透明导电层2而设置的多孔电极5、以及对电极8之间的结构。在这种情况下，在透明衬底1上经由透明导电层2而设置使用包括金属颗粒和低熔点玻璃料的导电膏制成的集电接线3。

第一实施例的染料敏化光电转换元件可以用作各种类型的电子装置的功率源。电子装置基本上可以是任意种类的装置，并且包括移动型装置和固定型装置。给出具体示例有移动电话、移动装置、机器人、个人计算机、车载装置、各种类似的家用电器等。

应当注意，描述了包括第一实施例的至少一个染料敏化光电转换元件的电子装置，例如，电子装置还可以包括第二至第六实施例中任一者的至少一个染料敏化光电转换元件，或者第七实施例的至少一个光电转换元件。

尽管到目前为止具体描述了实施例和示例，但是本发明决不限于此，因此可以进行各种类型的改变。

例如，在上述实施例和示例中给出的数值、结构、成分、形状、材料等仅仅用来举例说明，因此根据需要也可以使用与上述分别不同的数值、结构、成分、形状、材料等。

此外，根据需要，第一至第七实施例中的任意两个或更多个可以彼此结合。

应当注意，根据本发明的第三至第五实施例的染料敏化光电转换元件中的集电接线3的每个图案形状也不仅有效地应用于使用多孔电极的染料敏化光电转换元件或光电转换元件，还应用于非晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、单晶硅太阳能电池、化合物半导体太阳能电池等。此外，根据本发明的第三至第五实施例的每个染料敏化光电转换元件中的集电接线3不仅用包括Ag颗粒和低熔点玻璃料的导电膏制造，还可以通过对利用真空蒸发方法、溅射方法等所形成的膜执行蚀刻以进行图案化来形成。

本申请包含与2011年3月31日递交于日本特许厅的日本在先专利申请JP 2011-078413中公开的内容相关的主题，上述专利申请的全部内容通过引用结合于此。

Claims (16)

1.一种制造光电转换元件的方法，其包括：

当制造具有电解质层设置在透明导电衬底上的多孔电极和对电极之间的结构的所述光电转换元件时，使用导电膏在所述透明导电衬底上形成集电接线，所述导电膏中包括银颗粒和低熔点玻璃料。

2.根据权利要求1所述的制造光电转换元件的方法，其中，所述低熔点玻璃料的软化点是从360℃至500℃。

3.根据权利要求2所述的制造光电转换元件的方法，其中，所述低熔点玻璃料的软化点是从380℃至480℃。

4.根据权利要求3所述的制造光电转换元件的方法，其中，所述低熔点玻璃料是：具有从380℃到400℃的软化点的包括氧化铋、氧化硼、氧化锌和氧化铝的玻璃料；具有从440℃到460℃的软化点的包括氧化铋、氧化锌和氧化硼的玻璃料；具有从450℃到470℃的软化点的包括氧化铋、氧化硼、氧化锌、氧化铜和氧化硅的玻璃料；或具有从460℃到480℃的软化点的包括氧化铋、氧化锌、氧化硼和氧化硅的玻璃料。

5.根据权利要求1所述的制造光电转换元件的方法，其中，所述光电转换元件是染料敏化光电转换元件，其中光敏化染料结合到所述多孔电极。

6.一种光电转换元件，其具有电解质层设置在透明导电衬底上的多孔电极和对电极之间的结构，

其中，在所述透明导电衬底上设置用导电膏制成的集电连线，所述导电膏中包括金属颗粒和低熔点玻璃料。

7.根据权利要求6所述的光电转换元件，其中，所述低熔点玻璃料的软化点是从360℃至500℃。

8.根据权利要求7所述的光电转换元件，其中，所述低熔点玻璃料的软化点是从380℃至480℃。

9.根据权利要求8所述的光电转换元件，其中，所述低熔点玻璃料是：具有从380℃到400℃的软化点的中间包括氧化铋、氧化硼、氧化锌和氧化铝的玻璃料；具有从440℃到460℃的软化点的中间包括氧化铋、氧化锌和氧化硼的玻璃料；具有从450℃到470℃的软化点的中间包括氧化铋、氧化硼、氧化锌、氧化铜和氧化硅的玻璃料；或具有从460℃到480℃的软化点的中间包括氧化铋、氧化锌、氧化硼和氧化硅的玻璃料。

10.根据权利要求6所述的光电转换元件，其中，所述光电转换元件是染料敏化光电转换元件，其中光敏化染料结合到所述多孔电极。

11.根据权利要求6所述的光电转换元件，其中，所述透明导电衬底由在透明衬底上设置透明导电层的衬底组成，所述透明导电层由掺氟的氧化锡制成，并且所述集电连线经由导电粘结层而设置在所述透明导电衬底上。

12.根据权利要求11所述的光电转换元件，其中，所述粘结层由从银、金、铂、钛、铬、铝和铜组成的群组中选出的至少一种金属制成。

13.根据权利要求6所述的光电转换元件，其中，所述集电连线由总线电极和从所述总线电极分支的多个指形电极组成，并且当使得t(m)为至少一个指形电极的宽度时，t满足下列公式：

$t=d_0{i}_{0}y\&times;\sqrt{\frac{{\mathrm{\&rho;}}_0}{h_0{W}_0}}$

其中，d₀是发电电极宽度(所述指形电极的间隔)(m)，i₀是额定发电电流密度(A/m²)，y是与所述指形电极的末端的距离(m)，ρ₀是每个所述指形电极的材料的体积电阻率(Ωm)，h₀是每个所述指形电极的厚度(m)，并且W₀是发电输出密度(W/m²)。

14.根据权利要求6所述的光电转换元件，其中，所述集电连线由总线电极和从所述总线电极分支的多个条形电极组成，并且当使得d₀(m)为所述条形电极的节距时，d₀满足下列公式：

$d_0=\sqrt{\frac{{3\mathrm{tW}}_0}{R_0{i}_0^2{l}^2}+t^2}$

其中，t是每个所述条形电极的宽度(m)，W₀是额定发电输出密度(W/m²)，R₀是每个所述条形电极的线电阻(Ω/m)，i₀是额定发电电流密度(A/m²)，并且l是每个所述条形电极的集电距离(m)。

15.根据权利要求6所述的光电转换元件，其中，所述集电连线由总线电极、和电连接到所述总线电极的网格电极或栅格电极组成，并且当使得Ap为所述网格电极或所述栅格电极的开口率时，Ap满足下列公式：

$\mathrm{Ap}=\frac{1}{\sqrt{\frac{{3\mathrm{tW}}_0}{R_0{i}_0^2{l}^2{t}^2}+1}}$

其中，t是每个所述条形电极的宽度(m)，W₀是额定发电输出密度(W/m²)，R₀是每个所述条形电极的线电阻(Ω/m)，i₀是额定发电电流密度(A/m²)，并且l是每个所述条形电极的集电距离(m)。

16.一种电子装置，其包括：

至少一个光电转换元件，

其中，所述至少一个光电转换元件是具有电解质层设置在透明导电衬底上的多孔电极和对电极之间的结构的一个或多个光电转换元件，并且其中

在所述透明导电衬底上设置用导电膏制成的集电连线，所述导电膏中包括金属颗粒和低熔点玻璃料。

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