CN103972394A - 固体染料敏化型太阳能电池和固体染料敏化型太阳能电池模块 - Google Patents

固体染料敏化型太阳能电池和固体染料敏化型太阳能电池模块 Download PDF

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Abstract

本发明的名称为固体染料敏化型太阳能电池和固体染料敏化型太阳能电池模块。固体染料敏化型太阳能电池和采用固体染料敏化型太阳能电池的固体染料敏化型太阳能电池模块。固体染料敏化型太阳能电池包括衬底、位于衬底上的第一电极、包括电子传输半导体并位于第一电极上的电子传输层、位于电子传输层上的空穴传输层和位于空穴传输层上的第二电极，所述电子传输层包括吸附在电子传输半导体表面上的光敏化合物。第一电极和第二电极中的每一个包括分开的多个电极。

Description

固体染料敏化型太阳能电池和固体染料敏化型太阳能电池模块
技术领域
本公开的示例性实施方式通常涉及固体染料敏化型太阳能电池和采用固体染料敏化型太阳能电池的固体染料敏化型太阳能电池模块。
背景技术
最近，太阳能电池的重要性作为对化石燃料的可选能量和对抗全球变暖的措施而不断增长。然而，由硅基太阳能电池代表的目前的太阳能电池的成本是高的并且是阻碍广泛使用的因素。
因此，各种低成本型太阳能电池在研究和开发中。在各种低成本型太阳能电池中，由Polytechnique Fédérale de Lausanne的Graetzel等人发表的染料敏化型太阳能电池的实际实现是高度期望的(在日本专利号2664194；Nature,353(1991)737；和J.Am.Chem.Soc.,115(1993)6382中公开)。染料敏化型太阳能电池包括透明导电玻璃衬底上的多孔金属氧化物半导体电极、吸附在多孔金属氧化物半导体电极表面上的染料、具有还原-氧化对的电解质和对电极。Graetzel等人通过使金属氧化物半导体电极诸如二氧化钛多孔和扩大表面积和进行作为染料的钌络合物的单分子吸附，显著提高了光电转化效率。另外，可应用印刷方法作为元件(element)的制造方法。因此，不需要昂贵的制造装置并可降低制造成本。然而，染料敏化型太阳能电池包括挥发溶剂。因此，观察到电力产生效率由于碘氧化还原作用的降解而下降和电解溶液的挥发或泄漏的问题。
为了弥补上述问题，公开了完全固体染料敏化型太阳能电池。完全固体染料敏化型太阳能电池的具体实例如下：1)采用无机半导体的完全固体染料敏化型太阳能电池(在Semicond.Sci.Technol.,10(1995)；和Electrochemistry,70(2002)432中公开)、2)采用低分子量有机空穴传输材料的完全固体染料敏化型太阳能电池(在JP-H11-144773-A；SyntheticMetals,89(1997)215；和Nature,398(1998)583中公开)，和3)采用导电聚合物的完全固体染料敏化型太阳能电池(在JP-2000-106223-A；和Chem.Lett.,(1997)471中公开)。
在Semicond.Sci.Technol.,10(1995)中公开的完全固体染料敏化型太阳能电池采用碘化亚铜作为p-型半导体层的材料。在Semicond.Sci.Technol.,10(1995)中公开的完全固体染料敏化型太阳能电池显示了在紧接制造后相对好的光电转化效率，尽管几个小时后光电转化效率由于碘化亚铜晶粒的增加而减半。在Electrochemistry,70(2002)432中公开的完全固体染料敏化型太阳能电池添加了咪唑啉硫氰酸盐以抑制碘化亚铜的结晶，尽管是不够的。
采用低分子量有机空穴传输材料的完全固体染料敏化型太阳能电池由Hagen等人在Synthetic Metals,89(1997)215中发表，并由Graetzel等人在Nature,398(1998)583中改进。在JP-H11-144773-A中公开的完全固体染料敏化型太阳能电池采用三苯胺化合物并包括通过三苯胺化合物的真空沉积形成电荷传输层。结果，三苯胺化合物未到达多孔半导体内部的多孔空穴并获得了低光电转化效率。在Nature,398(1998)583中公开的完全固体染料敏化型太阳能电池包括在有机溶剂中溶解螺环型的空穴传输材料，并通过采用旋涂获得纳米二氧化钛粒子和空穴传输材料的复合体。然而，纳米二氧化钛粒子膜厚度的最优值为大约2μm，并且与在其中采用碘电解溶液的情况下大约10μm至大约20μm的膜厚度相比极其薄。因此，吸附在二氧化钛上的染料量小，并且足够的光吸收或足够的载流子产生是困难的。因此，在Nature,398(1998)583中公开的完全固体染料敏化型太阳能电池的性能达不到采用电解溶液的完全固体染料敏化型太阳能电池。公开的纳米二氧化钛粒子膜厚度为大约2μm的原因是如果纳米二氧化钛粒子膜厚度变得太厚，则空穴传输材料的渗透变得不足。
采用导电聚合物的完全固体染料敏化型太阳能电池由大阪大学的Yanagida等人在Chem.Lett.,(1997)471中发表并采用聚吡咯。采用导电聚合物的完全固体染料敏化型太阳能电池具有低光电转化效率。在JP-2000-106223-A中公开的采用聚噻吩衍生物的完全固体染料敏化型太阳能电池包括通过采用电解聚合方法在具有吸附的染料的多孔二氧化钛电极上提供电荷传输层。然而，观察到染料从二氧化钛解吸附或染料分解的问题。另外，聚噻吩衍生物的耐久性是个问题。
从染料敏化型太阳能电池的单电池获得的开路电压为大约0.7V。用0.7V的开路电压实际驱动装置是不够的。因此，多个电池串联连接以增加开路电压，使得装置可被驱动。串联连接的方法的具体实例包括在JP-H8-306399-A中公开的W-型、在JP-2007-12377-A中公开的Z-型和在JP-2004-303463-A中公开的单片型。
W-型以电池正极和相邻电池负极的交替顺序布置相邻电池，提供了相邻电池之间的常规集电极，提供了正极板和负极板之间的间隔壁，并注射和密封电解溶液。W-型相对容易制造。然而，由于以电池正极和相邻电池负极的交替顺序布置相邻电池，吸收光的负极的电池区域在两侧上减半。因此，不考虑受到入射光的衬底侧，仅一半电池(即，吸收光的负极的电池区域)受到入射光。由于以电池正极和相邻电池负极的交替顺序布置相邻电池，非功能性的电池交替存在。
另一方面，Z-型在衬底的一侧上布置所有电池的正极或所有电池的负极，并通过经电池之间的间隔壁形成布线而连接相邻电池的末端。在Z-型中，由于在衬底一侧上布置所有电池的负极，当负极侧受到入射光时，所有布置的电池都起作用。因此，不像W-型，在Z-型中光电转化效率不下降。
在Z-型中，正极和相邻负极经间隔壁连接。导电部分形成在间隔壁内。需要保护导电部分免受高腐蚀性电解溶液。制造具有导电部分的间隔壁在技术上是困难的。另外，需要精确密封技术以防止电解溶液的泄漏或短路。具体地，当以微电池(fine cell)制造模块时，更先进的微处理技术和精确密封技术是必要的。然而，完全防止电解溶液的泄漏或短路是困难的。因此，通常产生功率产额的下降和染料敏化型太阳能电池的性能的下降。
在JP-2004-303463-A中公开的染料敏化型太阳能电池模块具有被称为单片型的构造，其是Z-型的高级构造。单元电池布置在单一衬底上并且相邻单元电池是电连接的。单片型具有与Z-型相同的问题。
在具有单片型或Z-型构造的模块中，需要使电池完全独立于相邻电池。因此，间隔壁提供在电池之间以分开电池。因此，存在制造过程增长的问题和模块的孔径比变小的问题。为了增加孔径比，需要使间隔壁更窄。因此，制造过程变得更复杂，并且当设置为模块时，产生功率产额下降的问题。
在另一方面，存在设置模块的简单方法，其包括固体涂抹(paintingsolid)透明电极、对电极和二氧化钛膜；和布线金属栅极(grid)以降低透明电极的电阻。然而，简单的方法扩大了单电池的面积，并且从单电池获得的开路电压为大约0.7V并且是低的。用0.7V的开路电压实际驱动装置是不够的。
太阳能电池的电力产生量取决于光的量。另外，在晚上获得电力是不可能的。因此，需要在白天期间储存电力。非晶态硅太阳能电池和二次电池组的组合在JP-H8-330616-A中作为太阳能电池和二次电池组的组合的实例公开。非晶态硅太阳能电池和二次电池组并联连接。为了调整作为整体的系统的输出电压，需要调整在非晶态硅太阳能电池和二次电池组中电池连接的数量(电池级(stage)的数量)。因此，模块的构造变得复杂。
因而，被考虑过的染料敏化型太阳能电池和采用被考虑过的染料敏化型太阳能电池的模块是不令人满意的。
发明内容
鉴于前述，在本公开的方面中，提供了新型固体染料敏化型太阳能电池，其包括衬底、位于衬底上的第一电极、包括电子传输半导体并位于第一电极上的电子传输层、位于电子传输层上的空穴传输层，和位于空穴传输层上的第二电极，电子传输层包括吸附在电子传输半导体表面上的光敏化合物。第一电极和第二电极的每一个都包括分开的多个电极。
上述和其他方面、特征和优点将由以下说明性实施方式的具体实施方式、附图和相关权利要求更加充分明显。
附图说明
本公开的上述和其他方面、特征和优点当与附图结合考虑时，参考以下具体实施方式将更好地被理解，其中：
图1为根据本发明实施方式的固体染料敏化型太阳能电池构造的横截面视图；
图2为根据本发明实施方式的另一固体染料敏化型太阳能电池构造的横截面视图；
图3为根据本发明实施方式的固体染料敏化型太阳能电池和二次电池组的组合的构造的横截面视图；
图4为在ATO衬底的蚀刻过程后的状态的示意图；
图5为在紧凑电子传输层上形成用作电子传输层的多孔二氧化钛膜后的状态的示意图；
图6为在形成第一空穴传输层和第二空穴传输层后的状态的示意图；
图7为在沉积金后的状态的示意图；和
图8为在涂覆银糊状物后的状态的示意图。
附图意欲描述本公开的示例性实施方式并不应被解释为限制其范围。附图不考虑为按比例绘制，除非明确指出。
具体实施方式
在描述图中说明的实施方式中，为了清楚采用特定术语。然而，本专利说明书的公开不意欲限制这样选择的特定术语，并且应理解每个具体元素包括以相似方式操作的所有的技术等同物并获得相似的结果。
鉴于前述，在本公开的方面中，提供了新型固体染料敏化型太阳能电池，其容易制造并解决了上述问题。
现在参考图，本发明的固体染料敏化型太阳能电池的示例性实施方式在以下进行详细描述。
<太阳能电池构造>
第一，根据本发明实施方式的固体染料敏化型太阳能电池的构造参考图1和图2进行描述。
图1为固体染料敏化型太阳能电池的实例的横截面视图。
固体染料敏化型太阳能电池设置有提供在衬底1上的第一电极2、由提供在第一电极2和衬底1上的紧凑电子传输层4和多孔电子传输层5形成的电子传输层3、吸附在多孔电子传输层5上的光敏化合物6和提供在包括吸附的光敏化合物6的电子传输层3上的第一空穴传输层7和第二电极9。
图2为固体染料敏化型太阳能电池的另一实例的横截面视图。
与图1相比，图2的实例的不同在于在第一空穴传输层7和第二电极9之间具有第二空穴传输层8。
<第一电极(电子集电极)>
第一电极2为电子集电极。用于第一电极2的材料可为任何材料，只要该材料相对于可见光是透明的导电物质。可采用用于正常光电转化元件和液晶面板的公知材料。用于第一电极2的材料的具体实例包括但不限于氧化铟锡(在下文中被称为ITO)、氟掺杂的氧化锡(在下文中被称为FTO)、锑掺杂的氧化锡(在下文中被称为ATO)、氧化铟锌、氧化铌钛和石墨烯。上述材料可单独使用或可层压多个上述材料。
优选第一电极2的厚度在大约5nm至大约100μm的范围内，和更优选在大约50nm至大约10μm的范围内。
另外，为了保持第一电极2的一定硬度，优选第一电极2提供在由关于可见光是透明的材料形成的衬底1上。用于衬底1的材料的具体实例包括但不限于玻璃、透明塑料板、透明塑料膜和无机透明晶体物质。
也可采用其中第一电极2和衬底1整合为一个的公知实例。第一电极2和衬底1整合为一个的具体实例包括但不限于FTO涂层玻璃(coat glass)、ITO涂层玻璃、氧化锌铝涂层玻璃、FTO涂层透明塑料膜和ITO涂层透明塑料膜。
进一步地，具有用不同价阳离子或阴离子掺杂的氧化锡或氧化铟的透明电极和设置以允许光通过的诸如网格形和条纹形的金属电极可在衬底1诸如玻璃衬底上采用。上述透明电极和金属电极可单独使用、用于两种或更多类型的组合，或可层压两种或更多类型。另外，金属导线(lead wire)可同时用于降低电阻。金属导线的具体材料包括但不限于铝、铜、银、金、铂和镍。当同时采用金属导线时，金属导线可通过沉积、溅射和压力结合(pressure joint)设定在衬底1上，并随后用金属导线在衬底1上提供ITO和FTO。
在本发明的实施方式中，第一电极2被分成1A、1B、1C、1D和1E。分开方法包括但不限于在蚀刻剂中采用激光或浸渍的蚀刻法和当真空膜形成时诸如在溅射中使用掩模(mask)的分开方法。
<电子传输层>
在根据本发明实施方式的固体染料敏化型太阳能电池中，用作电子传输层3的由半导体形成的薄膜形成在上述第一电极2上。优选电子传输层3具有层压的构造，其中紧凑电子传输层4形成在第一电极2上，和多孔电子传输层5形成在电子传输层4上。
形成紧凑电子传输层4，以防止第一电极2和第二电极9之间的电子接触。因此，只要第一电极2和第二电极9不物理上相互接触，针孔或裂缝不是问题。
关于紧凑电子传输层4的膜厚度没有限制，尽管优选膜厚度为大约10nm至大约1μm，更优选大约20nm至大约700nm。
在紧凑电子传输层4中，术语“紧凑”指无机氧化物半导体的填充密度比在多孔电子传输层5中的半导体微小粒子的填充密度密。
形成在紧凑电子传输层4上的多孔电子传输层5可为单层或多层。在其中多孔电子传输层5为多层的情况下，该多层可为具有不同粒子直径的半导体微小粒子的分散液体的多层涂层、不同类型的半导体的多层涂层和不同组合物树脂和添加剂的多层涂层。多层涂布层在其中膜厚度以一层涂布层是不够的情况下是有效的。
通常，随着电子传输层3的膜厚度增加，每单元投影面积的光敏化合物6的携带量增加并且光的俘获率变高，然而，注入的电子的扩散长度也增加并且来自电荷重组的损失也变大。因此，电子传输层3的膜厚度优选处于大约100nm至大约100μm的范围内。
关于上述半导体没有限制并且可使用公知的半导体。半导体的例子包括但不限于元素半导体诸如硅和锗、化合物半导体诸如金属硫属元素化物和具有钙钛矿结构的化合物。
金属硫属元素化物的具体例子包括但不限于钛、锡、锌、铁、钨、铟、钇、镧、钒和铌的氧化物或硫化物；镉、锌、铅、银、锑和铋的硫化物；镉或铅的硒化物；和镉的碲化物。
化合物半导体的优选实例包括但不限于锌、镓、铟和镉的磷化物；砷化镓；铜-铟硒化物；和铜-铟硫化物。
具有钙钛矿结构的化合物的优选实例包括但不限于钛酸锶、钛酸钙、钛酸钠、钛酸钡和铌酸钾。
在半导体的上述实例中，氧化物半导体是优选的。特别地，二氧化钛、氧化锌、氧化锡和氧化铌是优选的。上述特别优选的半导体可单独使用或两种或多种类型组合使用。
关于上述半导体的晶体形式没有限制，并且晶体形式可为单晶体、多晶体或非晶态。
关于半导体微小粒子的大小没有限制，尽管优选初级粒子的平均粒子直径在大约1nm至大约100nm的范围内，和更优选在大约5nm至大约50nm的范围内。
另外，通过结合或层压具有更大平均粒子直径的半导体微小粒子，电子传输层3的效率可通过散射入射光的作用增加。在结合或层压具有更大平均粒子直径的半导体微小粒子的情况中，优选具有更大平均粒子直径的半导体微小粒子的平均粒子直径在大约50nm至大约500nm的范围内。
关于电子传输层3的制造方法没有限制并可为在真空中形成薄膜的方法，诸如溅射或湿型膜形成方法。
考虑制造成本，湿型膜形成方法是优选的。其中制备具有分散的半导体微小粒子的溶胶或粉末的糊状物并将制备的糊状物涂布在第一电极2和衬底1上的方法是优选的。
在采用湿型膜形成方法的情况中，关于涂布方法没有限制并且可使用公知方法。涂布方法的具体实例包括但不限于浸涂方法、喷涂方法、线棒涂布方法、旋涂方法、辊涂方法、刮刀涂布方法和凹版涂布。另外，可采用多种湿型印刷方法诸如凸版印刷、胶印、凹版印刷、凹刻印刷(intaglio printing)、橡皮版印刷和丝网印刷。
在通过机械粉碎或通过采用研磨机制造分散液体的情况下，半导体微小粒子可仅分散在水或有机溶剂中，或半导体微小粒子和树脂的组合可分散在水或有机溶剂中。
树脂的具体实例包括但不限于乙烯化合物(例如，苯乙烯、乙酸乙烯酯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯)的聚合物或共聚物、硅树脂、苯氧树脂、聚砜树脂、聚乙烯醇缩丁醛树脂、聚乙烯醇缩甲醛树脂、聚酯树脂、纤维素酯树脂、纤维素醚树脂、聚氨酯树脂、酚树脂、环氧树脂、聚碳酸酯树脂、多芳基化合物树脂、聚酰胺树脂和聚酰亚胺树脂。
其中分散半导体微小粒子的溶剂的具体实例包括但不限于水、基于醇的溶剂(例如，甲醇、乙醇、异丙醇、α-萜品醇)、基于酮的溶剂(例如，丙酮、甲基·乙基酮、甲基·异丁基酮)、基于酯的溶剂(例如，甲酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸正丁酯)、基于醚的溶剂(例如，二乙醚、乙二醇二甲醚、四氢呋喃、二茂烷、二烷)、基于酰胺的溶剂(例如，N,N-二甲基甲酰胺；N,N-二甲基乙酰胺；N-甲基-2-吡咯烷酮)、基于卤化烃的溶剂(例如，二氯甲烷、氯仿、溴仿、碘甲烷、二氯乙烷、三氯乙烷、三氯乙烯、氯苯、邻二氯苯、氟苯、溴苯、碘苯、1-氯萘)、和基于烃的溶剂(例如，正戊烷；正已烷；正辛烷；1,5-己二烯；环己烷；甲基环己烷；环己二烯；苯；甲苯；邻二甲苯；间二甲苯；对二甲苯；乙苯；枯烯)。
上述溶剂可单独使用或两种或多种类型结合使用。
酸(例如，盐酸、硝酸、乙酸)、表面活性剂(例如，聚氧乙烯(10)辛基苯基醚)，和螯合剂(例如，乙酰丙酮、2-氨基乙醇、乙二胺)可被添加至用溶胶-凝胶方法获得的半导体微小粒子的分散液体中或半导体微小粒子的糊状物中，以防止半导体微小粒子的再凝聚。
另外，可添加增稠剂以增强膜形成。增稠剂的具体实例包括但不限于聚合物，诸如聚乙二醇和聚乙烯醇和乙基纤维素。
在将半导体微小粒子涂布在第一电极2和衬底1上之后，优选将半导体微小粒子进行烧制、微波照射、电子束照射和激光照射的过程，从而使半导体微小粒子的颗粒彼此电子接触，增强膜强度，并增强半导体微小粒子与第一电极2和衬底1的粘合。上述过程可单独进行或两种或多种类型结合进行。
在烧制的情况下，关于烧制温度范围没有限制。然而，如果烧制温度太高，衬底1的电阻可变高或衬底1可熔化。因此，优选烧制温度范围为大约30℃至大约700℃，和更优选大约100℃至大约600℃。另外，关于烧制时间没有限制。优选地，烧制时间为大约10分钟至大约10小时。
为了增加半导体微小粒子的表面积，或增强从光敏化合物6至半导体微小粒子的电子注入速率，随后的电镀可在烧制半导体微小粒子后进行。化学电镀可采用例如四氯化钛的水溶液或与有机溶剂的混合溶液进行。可选地，电化学电镀可采用三氯化钛的水溶液进行。
可从形成电子传输层3的一侧或从形成的电子传输层3的后部照射微波照射。
关于照射时间没有限制。优选地，照射时间为大约1小时或更少。
通过烧结层压的由具有几十nm直径的半导体微小粒子形成的膜是多孔的。
纳米多孔结构具有极大表面积，并且极大表面积可表示为粗糙度系数。
粗糙度系数是代表关于涂布在第一电极2和衬底1上的半导体微小粒子的面积的多孔结构的实际内部面积的值。因此，大的粗糙度系数是优选的。然而，与电子传输层3的优选的膜厚度相关，粗糙度系数优选为20或更大。
<光敏化合物(染料)>
根据本发明的实施方式，光敏化合物6吸附在多孔电子传输层5的半导体表面上，以进一步提高固体染料敏化型太阳能电池的光电转化效率。光敏化合物6的具体实例包括但不限于金属络合物化合物(在JP-H07-500630-A；JP-H10-233238-A；JP-2000-26487-A；JP-2000-323191-A；JP-2001-59062-A中公开)、香豆素化合物(在JP-H10-93118-A；JP-2002-164089-A；JP-2004-95450；J.Phys.Chem.C，7224,Vol.111(2007)中公开)、多烯化合物(在JP-2004-95450-A；Chem.Commun.,4887(2007)中公开)、二氢吲哚化合物(在JP-2003-264010-A；JP-2004-63274-A；JP-2004-115636-A；JP-2004-200068-A；JP-2004-235052-A；J.Am.Chem.Soc.,12218,Vol.126(2004)；Chem.Commun.,3036(2003)；Angew.Chem.Int.Ed.,1923，Vol.47(2008)中公开)、噻吩化合物(在J.Am.Chem.Soc.,16701,Vol.128(2006)；和J.Am.Chem.Soc.,14256,Vol.128(2006)中公开)、花青染料(在JP-H11-86916-A；JP-H11-214730-A；JP-2000-106224-A；JP-2001-76773-A；JP-2003-7359-A中公开)、部花青染料(在JP-H11-214731-A；JP-H11-238905-A；JP-2001-52766-A；JP-2001-76775-A；JP-2003-7360-A中公开)、9-芳基呫吨化合物(在JP-H10-92477-A；JP-H11-273754-A；JP-H11-273755-A；JP-2003-31273-A中公开)、三芳基甲烷化合物(在JP-H10-93118-A；JP-2003-31273-A中公开)、酞菁化合物(在JP-H09-199744-A；JP-H10-233238-A；JP-H11-204821-A；JP-H11-265738-A；J.Phys.Chem.,2342,Vol.91(1987)；J.Phys.Chem.B，6272,Vol.97(1993)；Electroanal.Chem.,31,Vol.537(2002)；JP-2006-032260-A；J.Porphyrins Phthalo Cyanines,230，Vol.3(1999)；Angew.Chem.Int.Ed.,373,Vol.46(2007)；Langmuir,5436,Vol.24(2008)中公开)和卟啉化合物。
在光敏化合物6的上述实例中，优选地，采用金属络合物化合物、香豆素化合物、多烯化合物、二氢吲哚化合物和噻吩化合物。
将光敏化合物6吸附在多孔电子传输层5上的方法包括将具有半导体微小粒子的多孔电子传输层5浸入光敏化合物6的溶液或分散液体中的方法；和将光敏化合物6的溶液或分散液体涂布在多孔电子传输层5上的方法。浸入方法的具体实例包括但不限于浸渍方法、浸没方法、辊方法和气刀方法。涂布方法的具体实例包括但不限于线棒涂布方法、滑动加料斗涂布方法、挤出涂布方法、幕式涂布方法、旋涂方法和喷涂方法。
另外，将光敏化合物6吸附在多孔电子传输层5上可在超临界流体诸如二氧化碳中进行。
进一步地，当将光敏化合物6吸附在多孔电子传输层5上时，可使用冷凝剂。冷凝剂可为任何具有物理或化学结合光敏化合物6至无机物质表面上的多孔电子传输化合物的催化作用的冷凝剂。可选地，冷凝剂可为任何化学计量地实现有利化学平衡转换的冷凝剂。此外，可添加用作辅助冷凝剂的硫羟或羟基化合物。
熔化或分散光敏化合物6的溶剂可与分散半导体微小粒子的上述溶剂相同。
另外，由于一些类型的光敏化合物6当抑制化合物之间的凝聚时更有效地工作，因此可使用共吸附剂(凝聚离解剂)。
优选共吸附剂为类固醇化合物(例如，胆酸、鹅脱氧胆酸)、长链烷基羧酸、或长链烷基膦酸。共吸附剂根据所用染料是任意选择的。相对于以重量计1份的所用染料，共吸附剂的添加量优选为以重量计大约0.01份至以重量计大约500份，更优选以重量计大约0.1份至以重量计大约100份。
当将光敏化合物6，或光敏化合物6和共吸附剂的组合吸附至多孔电子传输层5时，优选温度为大约-50℃至大约200℃。吸附可在仍然静置时进行或在搅动时进行。
关于搅动方法没有限制。搅动可用搅拌机、球磨机、涂料(paint)调节器、砂磨机、磨碎机、分散器和超声分散器进行。
吸附时间优选为大约5秒至大约1000小时，更优选大约10秒至大约500小时，和最优选地大约1分钟至大约150小时。优选吸附在暗处进行。
<空穴传输层>
根据本发明实施方式的空穴传输层可为单层构造或由多种材料形成的层压层构造。在具有层压层构造的空穴传输层的情况下，优选聚合物材料用于与第二电极9相邻的第二空穴传输层8。通过采用具有良好膜形成能力的聚合物材料，多孔电子传输层5的表面可制造得更光滑，并且可进一步提高根据本发明实施方式的固体染料敏化型太阳能电池的光电转化性能。另外，聚合物材料难以渗入多孔电子传输层5的内部。因此，聚合物材料对涂布多孔电子传输层5的表面是有益的。聚合物材料也显示了当形成电极时防止短路的作用。结果，获得更高性能的固体染料敏化型太阳能电池。
用于具有单层构造的空穴传输层的空穴传输材料是公知空穴传输化合物。空穴传输化合物的具体实例包括但不限于二唑化合物(在JP-S34-5466-A中公开)、三苯甲烷化合物(在JP-S45-555-A中公开)、吡唑啉化合物(在JP-S52-4188-A中公开)、腙化合物(在JP-S55-42380-A中公开)、二唑化合物(在JP-S56-123544-A中公开)、四芳基联苯胺化合物(在JP-S54-58445-A中公开)、芪化合物(在JP-S58-65440-A、JP-S60-98437-A中公开)、低聚噻吩化合物(在JP-H8-264805-A中公开)、具有结合的烷基硅烷的并苯化合物(在J.Am.Che.Soc.,9482，Vol.123(2002)；Org.Lett.,15,Vol.4(2002)中公开)、苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩化合物(在J.Am.Chem.Soc.,5084,Vol.126(2004)；J.Am.Chem.Soc.,12604,Vol.128(2006)；J.Am.Chem.Soc.,15732,Vol.129(2007)中公开)、其中一部分通过加热解吸附的前体化合物诸如并五苯、低聚噻吩和卟啉、(在J.Appl.Phys.,2136,Vol.79(1996)；Adv.Mater.,480,Vol.11(1999)；J.Am.Chem.Soc.,8812,Vol.124(2002)；J.Am.Chem.Soc.,1596,Vol.126(2004)；Appl.Phys.Lett.,2085,Vol.84(2004)中公开)、杂环和苯环缩合的化合物诸如二噻吩苯和二噻唑苯(在JP-2005-206750-A中公开)、并苯化合物诸如二氢吲哚化合物并四苯和并五苯(在JP-H6-009951-A中公开)和红荧烯。在上述实例中，当考虑载流子迁移率和电离电势时，低聚噻吩化合物、联苯胺化合物和芪化合物是特别优选的。低聚噻吩化合物、联苯胺化合物和芪化合物可单独使用或两种或多种类型结合使用。
公知的空穴传输聚合物材料用于在具有层压层构造的空穴传输层中与第二电极9相邻的第二空穴传输层8。空穴传输聚合物材料的具体实例包括但不限于聚噻吩化合物(例如，聚(3-正己基噻吩)、聚(3-正辛氧基噻吩)、聚(9,9’-二辛基-芴-共聚-二噻吩)、聚(3,3"′-双十二烷基-季噻吩)、聚(3,6-二辛基噻吩并[3,2-b]噻吩)、聚(2,5-双(3-癸基噻吩-2-基)噻吩并[3,2-b]噻吩、聚(3,4-二癸基噻吩-共聚-噻吩并[3,2-b]噻吩)、聚(3,6-二辛基噻吩并[3,2-b]噻吩-共聚-噻吩并[3,2-b]噻吩)、聚(3,6-二辛基噻吩并[3,2-b]噻吩-共聚-噻吩)、和聚(3,6-二辛基噻吩并[3,2-b]噻吩-共聚-二噻吩))、聚苯撑乙烯化合物(例如，聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-苯撑乙烯]、聚[2-甲氧基-5-(3,7-二甲基辛氧基)-1,4-苯撑乙烯]和聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-苯撑乙烯-共聚-(4,4’-亚苯基-亚乙烯)])、聚芴化合物(例如，聚(9,9'-双十二烷基芴基-2,7-二基)、聚[(9,9-二辛基-2,7-二亚乙烯基芴)-交替共聚-(9,10-蒽)]、聚[(9,9-二辛基-2,7-二亚乙烯基芴)-交替共聚-(4,4-亚联苯基)]、聚[(9,9-二辛基-2,7-二亚乙烯基芴)-交替共聚-(2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-苯撑)]，和聚[(9,9-二辛基-2,7-二基)-共聚-(1,4-(2,5-二己氧基)苯)])、聚苯撑化合物(例如，聚[2,5-二辛氧基-1,4-苯撑]，和聚[2,5-二(2-乙基己氧基-1,4-苯撑])、多芳基胺化合物(例如，聚[(9,9-二辛基芴基-2,7-二基)-交替共聚-(N,N'-二苯基)-N,N'-二(对己基苯基)-1,4-二氨基苯]、聚[(9,9-二辛基芴基-2,7-二基)-交替共聚-(N,N'-双(4-辛氧基苯基)联苯胺-N,N'-(1,4-亚联苯基)]、聚[(N,N'-双(4-辛氧基苯基)联苯胺-N,N'-(1,4-亚联苯基)]、聚[(N,N'-双(4-(2-乙基己氧基)苯基)联苯胺-N,N'-(1,4-亚联苯基)]、聚[苯基亚氨基-1,4-苯撑乙烯-2,5-二辛氧基-1,4-苯撑乙烯-1,4-苯撑]、聚[对甲苯基亚氨基-1,4-苯撑乙烯-2,5-二(2-乙基己氧基)-1,4-苯撑乙烯-1,4-苯撑]和聚[4-(2-乙基己氧基)苯基亚氨基-1,4-亚联苯基])，和聚噻二唑化合物(例如，聚[(9,9-二辛基芴基-2,7-二基)-交替共聚-(1,4-苯并(2,1',3)噻二唑]和聚[(3,4-二癸基噻吩-共聚-(1,4-苯并(2,1',3)噻二唑])。
在上述空穴传输聚合物材料中，当考虑载流子迁移率和电离电势时，聚噻吩化合物和多芳基胺化合物是特别优选的。聚噻吩化合物和多芳基胺化合物可单独使用或两种或多种类型结合使用。通过采用聚噻吩化合物和多芳基胺化合物，空穴迁移率变得有效，并获得具有更好特性的固体染料敏化型太阳能电池。
另外，多种添加剂可添加至根据本发明实施方式的固体染料敏化型太阳能电池中的上述空穴传输材料。
添加剂的具体实例包括但不限于金属碘化物(例如，碘、碘化锂、碘化钠、碘化钾、碘化铯、碘化钙、碘化亚铜、碘化亚铁、碘化银)、季铵盐(例如，四烷基碘化铵、碘化吡啶)、金属溴化物(例如，溴化锂、溴化钠、溴化钾、溴铯化、溴化钙)、季铵化合物的溴化物盐(例如，四烷基溴化铵、溴化吡啶)、金属氯化物(例如，氯化铜、氯化银)、金属醋酸盐(例如，醋酸铜、醋酸银、醋酸钯)、金属硫酸物(例如，硫酸铜、硫酸锌)、金属络合物(例如，氰亚铁酸盐-氰铁酸盐、二茂铁-二茂铁盐离子(ferricenium ion))、硫化合物(例如，聚硫化钠、烷基硫代-烷基二硫化物)、离子液体(例如，紫罗碱染料(viologen dye)；氢醌；1,2-二甲基-3-正丙基咪唑啉碘化盐；1-甲基-3-正己基咪唑啉碘化盐；1,2-二甲基-3-乙基咪唑三氟甲烷磺酸盐；1-甲基-3-丁基咪唑九氟丁基磺酸盐；1-甲基-3-乙基咪唑双(三氟甲基)磺酰亚胺；1-甲基-3-正己基咪唑双(三氟甲基)磺酰亚胺；1-甲基-3-正己基咪唑二氰胺)、碱性化合物(例如，吡啶、4-叔丁基吡啶、苯并咪唑)和锂化合物(例如，三氟甲烷磺酰亚胺基锂、二异丙亚胺基锂)。在上述添加剂中，包括双(三氟甲基)磺酰亚胺阴离子的离子液体是特别优选的。
上述添加剂可单独使用或两种或多种类型结合使用。
通过采用上述添加剂，空穴传输材料的导电性提高。结果，获得具有良好光电转化效率的固体染料敏化型太阳能电池。
在根据本发明实施方式的固体染料敏化型太阳能电池中，可根据需要连同上述空穴传输材料或多种添加剂进一步添加受体材料。
受体材料的具体实例包括但不限于氯醌；四溴代对苯醌；四氰基乙烯；四氰基醌二甲烷；2,4,7-三硝基-9-芴酮；2,4,5,7-四硝基-9-芴酮；2,4,5,7-四硝基呫吨酮；2,4,8-三硝基硫代呫吨酮；2,6,8-三硝基-4H-茚并[1,2-b]噻吩-4-酮；1,3,7-三硝基二苯并噻吩-5,5-二氧化物；和二苯酚合苯醌衍生物。
上述受体材料可单独使用或两种或多种类型结合使用。
另外，可添加氧化剂，以使空穴传输材料的一部分生成自由基阳离子，以便增强空穴传输材料的导电性。
氧化剂的具体实例包括但不限于六氯锑酸三(4-溴苯基)铵、六氟锑酸银、四氟硼酸亚硝和硝酸银。
应注意，全部空穴传输材料不需要被添加的氧化剂氧化。仅空穴传输材料的一部分需要被添加的氧化剂氧化。进一步地，添加的氧化剂在添加后可从空穴传输材料中清除或留在空穴传输材料中。
空穴传输层直接形成在包括光敏化合物6的电子传输层3上。关于空穴传输层的制造方法没有限制并可为在真空中形成薄膜的方法诸如真空沉积或湿型膜形成方法。考虑制造成本，湿型膜形成方法是特别优选的。将空穴传输层涂布在电子传输层3上的方法是优选的。
在采用湿型膜形成方法的情况下，熔化或分散空穴传输材料的溶剂或多种添加剂可与分散半导体微小粒子的上述溶剂相同，基于醇的溶剂除外。
关于在湿型膜形成方法中的涂布方法没有限制，并且可采用公知方法。可采用各种涂布方法，诸如浸涂方法、喷涂方法、线棒涂布方法、旋涂方法、辊涂方法、刮刀方法和凹版涂布。另外，可使用多种湿型印刷方法，诸如凸版印刷、胶印、凹版印刷、凹刻印刷、橡皮版印刷和丝网印刷。
另外，膜形成可在超临界流体或亚临界流体中进行。
关于超临界流体没有限制，只要超临界流体在超过临界点的温度和压力下作为非凝聚高密度流体存在，其中流体可作为气体或液体共存，并且非凝聚高密度流体处于临界温度之上、临界压力之上的状态，并当压缩时不凝聚。超临界流体可根据目的选择，尽管优选超临界流体具有低临界温度。
优选超临界流体为例如，一氧化碳、二氧化碳、氨、氮、水、基于醇的溶剂(例如，甲醇、乙醇、正丁醇)、基于烃的溶剂(例如，乙烷、丙烷、2,3-二甲基丁烷、苯、甲苯)、基于卤素的溶剂(例如，二氯甲烷、三氟氯甲烷)和基于醚的溶剂(例如，二甲基醚)。在超临界流体的上述实例中，二氧化碳是特别优选的。二氧化碳具有7.3MPa的临界压力和31℃的临界温度，这使超临界状态的形成容易。另外，二氧化碳是不燃性的并且容易处理。
超临界流体的上述实例可单独使用或两种或多种类型结合使用。
关于亚临界流体没有限制，只要亚临界流体在临界点附近的温度和压力下作为高压流体存在。亚临界流体可根据目的进行选择。上述超临界流体实例中的溶剂也可用作亚临界流体。上述超临界流体实例中的溶剂是优选的。
关于超临界流体的临界温度和临界压力没有限制。临界温度和临界压力可根据目的进行选择。临界温度优选在大约-273℃至大约300℃的范围内，和更优选在大约0℃至大约200℃的范围内。
有机溶剂或夹带剂可被添加并与上述超临界流体和亚临界流体一起使用。通过添加有机溶剂或夹带剂，可容易调节超临界流体中的空穴传输材料或多种添加剂的溶解性。
关于有机溶剂没有限制，并可根据目的进行选择。有机溶剂可与分散半导体微小粒子的上述溶剂相同，不包括基于醇的溶剂。
在将具有吸附的光敏化合物6的电子传输层3和第一空穴传输层7提供在第一电极2上之后，可进行挤压处理。通过进行挤压处理，由于空穴传输材料进一步附接至多孔电极，增强了效率。
关于挤压处理方法没有限制，并可为采用由立即-释放(IR)片成形器代表的平板的挤压形成方法和采用辊的滚压方法。优选压力为大约10kgf/cm2或更大，和更优选大约30kgf/cm2或更大。关于挤压处理的挤压时间没有限制。优选地，挤压时间为大约1小时或更少。另外，当进行挤压处理时可施加热。释放材料可夹在挤压机和电极之间。释放材料的具体实例包括但不限于氟树脂诸如聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、全氟烷氧基氟树脂、聚偏二氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、乙烯-三氟氯乙烯共聚物和聚氟乙烯。
在进行上述挤压处理后，金属氧化物层可提供在空穴传输层和第二电极9之间，然后提供第二电极9。金属氧化物的具体实例包括但不限于氧化钼、氧化钨、氧化钒和氧化镍。在实例中，氧化钼是特别优选的。
关于在空穴传输层上提供金属氧化物层的方法没有限制，并且可为在真空中形成薄膜的方法诸如溅射和真空沉积，或可为湿型膜形成方法。湿型膜形成方法优选为其中制备具有金属氧化物或石墨的溶胶或粉末的糊状物并将制备的糊状物涂布在空穴传输层上的方法。湿型膜形成方法中的涂布方法可与上述电子传输层3中的涂布方法相同。
金属氧化物层的膜厚度优选在大约0.1nm至大约50nm的范围内，和更优选在大约1nm至大约10nm的范围内。
<第二电极(空穴集电极)>
第二电极9为空穴集电极并提供在空穴传输层或上述金属氧化物层上。以与第一电极2相同的方式，第二电极9被分为2A、2B、2C、2D和2E。通常，第二电极9可与第一电极2相同。支持体在具有足够结构强度和密封能力的构造中不总是必需的。
用于第二电极9的材料的具体实例包括但不限于金属(例如，铂、金、银、铜、铝)、基于碳的化合物(例如，石墨、富勒烯、碳纳米管、石墨烯)、导电金属氧化物(例如，ITO、FTO、ATO)、导电聚合物(例如，聚噻吩、聚苯胺)和结合有机供体材料和有机受体材料的电荷转移络合物(例如，四硫富瓦烯-四氰基醌二甲烷)。用于第二电极9的上述材料可单独使用或两种或多种类型结合使用。关于第二电极9的厚度没有限制。
根据所用类型的材料或空穴传输层的类型，第二电极9可以以诸如涂布、层压、沉积、化学气相沉积(在下文中被称为CVD)和结合的方法形成。
对于作为太阳能电池运行的太阳能电池构造，至少第一电极2或第二电极9中的任一个必须为基本上透明的。
在根据本发明实施方式的固体染料敏化型太阳能电池的构造中，第一电极2是透明的。优选地，阳光入射来自第一电极2侧。在固体染料敏化型太阳能电池的构造中，优选光反射材料用于第二电极9。优选地，光反射材料为金属、具有导电氧化物沉积的玻璃、塑料或金属薄膜。
另外，在阳光入射侧提供反射防止层也是有利的。
<太阳能电池和二次电池组组合>
具有固体染料敏化型太阳能电池和二次电池组(半导体电池组)的组合的根据本发明实施方式的固体染料敏化型太阳能电池模块的构造在以下参考图3中进行描述。图3为固体染料敏化型太阳能电池模块的实例的横截面视图。
在该实例中，固体染料敏化型太阳能电池设置有提供在衬底1上的第一电极2；由提供在第一电极2和衬底1上的紧凑电子传输层4和多孔电子传输层5形成的电子传输层3；吸附在多孔电子传输层5上的光敏化合物6；和提供在包括吸附的光敏化合物6的电子传输层3上的第一空穴传输层7、第二空穴传输层8和第二电极9。构造的顺序如上所述。半导体电池组经绝缘层10被层压在固体染料敏化型太阳能电池上。半导体电池组设置有半导体电池组的第一电极11、半导体电池组的电子传输层12、电荷层13、半导体电池组的空穴传输层14和半导体电池组的第二电极15。构造的顺序如上所述。连接固体染料敏化型太阳能电池的第二电极9和半导体电池组的第一电极11。连接固体染料敏化型太阳能电池的第一电极2和半导体电池组的第二电极15。
通过采用上述构造，获得实用的固体染料敏化型太阳能电池模块。
[实施例]
进一步的理解可参考在此后提供的具体实施例而获得。然而，应当理解，本发明的实施方式不限于以下实施例。
<实施例1>
如图4所示，ATO衬底(来自Geomatic Co.Ltd.)受到蚀刻过程。将2mL的酞酸四丙酯、4mL的乙酸、1mL的离子交换水和40mL的2-丙醇的混合溶液旋涂在ATO衬底上并在室温下干燥。在干燥后，涂布的ATO衬底在450℃下在空气中烧制30分钟。因此，具有大约100nm厚度的紧凑电子传输层形成在ATO衬底上，用作电极。
接下来，将3g的二氧化钛(来自Ishihara Sangyo Kaisha,Ltd.的ST-21)、0.2g的乙酰丙酮、0.3g的表面活性剂(来自Wako Pure ChemicalIndustries,Ltd.的聚氧乙烯辛基苯基醚)、5.5g的水和1.0g的乙醇进行珠磨过程12小时，以获得分散液体。将1.2g的聚乙二醇(#20,000)添加至获得的分散液体中并制备糊状物。
如图5所示，将糊状物涂布在紧凑电子传输层上，以形成具有大约2μm厚度的膜并在室温下干燥。在干燥后，涂布的紧凑电子传输层在500℃下在空气中烧制30分钟。因此，形成用作多孔电子传输层的多孔二氧化钛膜。将具有紧凑电子传输层和多孔电子传输层的ATO衬底浸入乙腈/叔丁醇(体积比1:1)的混合溶液中，并在室温下在暗处静置15小时，以吸附光敏化合物。
接下来，制备添加至具有溶解的以下化合物1的氯苯(以重量计固体含量10%)溶液的27mM的三氟甲烷磺酰亚胺基锂和0.11mM的4-叔丁基吡啶的溶液。将该溶液旋涂在具有吸附的光敏化合物的多孔电子传输层上。因此，形成第一空穴传输层，如图6所示。接下来，制备添加至具有溶解的聚(3-正己基噻吩)的氯苯(以重量计固体含量2%)的27mM的三氟甲烷磺酰亚胺基锂的溶液。溶液通过喷射涂布在第一空穴传输层上。因此，形成第二空穴传输层，如图6所示。如图7所示，用作第二电极的100nm的金通过真空沉积提供在第二空穴传输层上。串联连接两个电池。
接下来，银糊状物在图8所示的位置X、Y和Z处涂布在ATO衬底上，并空气干燥。因而，制备实施例1的固体染料敏化型太阳能电池。
[化合物1]
采用太阳能模拟器，模拟阳光(pseudo sunlight)(空气质量系数1.5，100mW/cm2)照射在固体染料敏化型太阳能电池上，并且测量串联连接的固体染料敏化型太阳能电池的电压增加。在位置X和Y之间，开路电压为0.79V。在位置Y和Z之间，开路电压为0.80V。在位置Z和X之间，开路电压为1.59V。因此，显示两倍的开路电压，而不分开电子传输部分和空穴传输部分。因此，可理解，根据本发明实施方式的实施例1的固体染料敏化型太阳能电池串联连接运行。
<实施例2>
制备实施例2的固体染料敏化型太阳能电池，其具有5个以图1所示构造的串联连接的电池。所用材料与实施例1相同。第一电极和第二电极如下进行连接：第一电极1A和第二电极2B；第一电极1B和第二电极2C；第一电极1C和第二电极2D；以及第一电极1D和第二电极2E。
重复如在实施例1中用太阳能模拟器照射模拟阳光的过程。模拟阳光照射在实施例2的固体染料敏化型太阳能电池上并测量电压增加。获得4.05V的开路电压。从单电池获得大约0.8V的开路电压。因此，可理解，由于串联连接的5个电池，获得5倍的开路电压。
<实施例3>
制备具有如实施例1中串联连接的电池的实施例3的固体染料敏化型太阳能电池，除了用以下化合物2替代化合物1。
重复如在实施例1中用太阳能模拟器发出模拟阳光的过程。模拟阳光照射在实施例3的固体染料敏化型太阳能电池上并测量电压增加。获得1.60V的开路电压。从单电池获得大约0.8V的开路电压。因此，可理解，实施例3的固体染料敏化型太阳能电池以与实施例1相同的方式串联连接运行。
[化合物2]
<实施例4>
制备具有如实施例1中串联连接的电池的实施例4的固体染料敏化型太阳能电池，除了用1-甲基-3-乙基咪唑啉三氟甲烷磺酰亚胺替代27mM的三氟甲烷磺酰亚胺基锂。
重复如实施例1中用太阳能模拟器发出模拟阳光的过程。模拟阳光照射在实施例4的固体染料敏化型太阳能电池上并测量电压增加。获得1.60V的开路电压。从单电池获得大约0.8V的开路电压。因此，可理解，实施例4的固体染料敏化型太阳能电池以与实施例1相同的方式串联连接运行。
<实施例5>
制备具有如实施例1中串联连接的电池的实施例5的固体染料敏化型太阳能电池，除了用氧化锌(来自C.I.Kasei.Co.,Ltd.)替代二氧化钛(来自Ishihara Sangyo Kaisha,Ltd.的ST-21)。
重复如实施例1中用太阳能模拟器发出模拟阳光的过程。模拟阳光照射在实施例5的固体染料敏化型太阳能电池上并测量电压增加。获得1.40V的开路电压。从单电池获得大约0.7V的开路电压。因此，可理解，实施例5的固体染料敏化型太阳能电池以与实施例1相同的方式串联连接运行。
<实施例6>
如下制备由固体染料敏化型太阳能电池产生的电充电的二次电池组(半导体电池组)。
将ITO溅射在玻璃衬底上以形成具有200nm厚度的第一电极。制备溶解在1.28mL甲苯中的0.24g2-乙基己酸锡和1.2g的硅油(TSF433)的溶液。溶液旋涂在第一电极上并进行空气干燥。在干燥后，涂布有该溶液的第一电极在500℃下烧制1小时。因此，获得膜。获得的膜用具有254nm波长的紫外射线在40mW/cm2的强度下照射5小时。接下来，溅射氧化镍以在膜上形成具有150nm厚度的氧化镍层，并且将ITO溅射在氧化镍层上，以形成具有200nm厚度的第二电极。因此，制备半导体电池组。实施例2的固体染料敏化型太阳能电池的第二电极用鳄鱼夹连接至半导体电池组的第一电极。实施例2的固体染料敏化型太阳能电池的第一电极用鳄鱼夹连接至半导体电池组的第二电极。因此，制备结合实施例2的固体染料敏化型太阳能电池和半导体电池组的实施例6的集成模块。集成模块评价如下。
在开路状态下，集成模块用来自实施例2的固体染料敏化型太阳能电池的第一电极侧的模拟阳光照射。因此，当在照射期间测量实施例2的固体染料敏化型太阳能电池的第一电极的光电动势(photoelectromotive force)时，确认光电极(即，实施例2的固体染料敏化型太阳能电池的第一电极)关于对电极的负电动势的产生。换言之，由于模拟阳光照射，构成光电极的电极活性材料的还原发生并将半导体电池组充电。光电极的模拟阳光照射继续，直到确认光电极电压的饱和。当确认时，模拟阳光照射停止并且半导体电池组充电结束。
在半导体电池组充电结束后，半导体电池组放置在暗处。在其中关闭外电路的状态下，半导体电池组的输出电压用恒电位仪进行测量。获得1.7V的输出电压。另外，当光电极为负电极，并且对电极为正电极，以及放电在10μA/cm2的恒定电流密度下进行时，获得0.533μAh/cm2的放电容量。
<比较实施例1>
除了用设置有单电池(开路电压0.79V)而没有电极分开的固体染料敏化型太阳能电池代替实施例2的固体染料敏化型太阳能电池以外，制备实施例6的集成模块。二次电池组(半导体电池组)的充电如实施例6进行。半导体电池组不能进行充电。半导体电池组的输出电压为1.7V。单电池的开路电压为0.79V。因此，电压不足以进行充电。
由以上结果，可理解，根据本发明实施方式的固体染料敏化型太阳能电池具备了通过电极分开的串联连接，并可容易地进行制造。进一步地，根据本发明实施方式的固体染料敏化型太阳能电池模块通过结合固体染料敏化型太阳能电池和二次电池组(半导体电池组)具备了良好的充电/放电能力。
根据本发明实施方式的固体染料敏化型太阳能电池包括衬底、第一电极、设置有具有吸附在电子传输半导体表面上的光敏化合物的电子传输半导体的电子传输层、空穴传输层和第二电极。第一电极和第二电极分别设置有分开的多个电极。
空穴传输层至少包括全氟烷基磺酰亚胺阴离子的金属盐或具有全氟烷基磺酰亚胺阴离子和咪唑阳离子的离子液体。
空穴传输层具有叔胺化合物或噻吩化合物中的至少一种类型。
电子传输半导体为氧化物半导体。
氧化物半导体为二氧化钛、氧化锌、氧化锡和氧化铌中的至少一种类型。
固体染料敏化型太阳能电池模块包括固体染料敏化型太阳能电池和二次电池组。固体染料敏化型太阳能电池被连接至二次电池组。

Claims (6)

1.固体染料敏化型太阳能电池，包括：
衬底；
位于所述衬底上的第一电极；
电子传输层，其包括电子传输半导体并位于所述第一电极上，所述电子传输层包括吸附在所述电子传输半导体表面上的光敏化合物；
位于所述电子传输层上的空穴传输层；和
位于所述空穴传输层上的第二电极；
其中所述第一电极和所述第二电极中的每一个包括分开的多个电极。
2.权利要求1所述的固体染料敏化型太阳能电池，其中所述空穴传输层包括全氟烷基磺酰亚胺阴离子的金属盐和包括全氟烷基磺酰亚胺阴离子和咪唑阳离子的离子液体中的至少一种。
3.权利要求1或权利要求2所述的固体染料敏化型太阳能电池，其中所述空穴传输层包括叔胺化合物和噻吩化合物中的至少一种类型。
4.权利要求1至3中任一项所述的固体染料敏化型太阳能电池，其中所述电子传输半导体为氧化物半导体。
5.权利要求4所述的固体染料敏化型太阳能电池，其中所述氧化物半导体包括二氧化钛、氧化锌、氧化锡和氧化铌中的至少一种类型。
6.固体染料敏化型太阳能电池模块，包括：
二次电池组；和
权利要求1至5中任一项所述的固体染料敏化型太阳能电池，
其中所述二次电池组被连接至权利要求1至5中任一项所述的固体染料敏化型太阳能电池。
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