CN106463271A - 色素敏化太阳能电池元件用电解质及使用该电解质的色素敏化太阳能电池元件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种色素敏化太阳能电池元件用电解质，含有卤素、卤化物盐和碱性物质，由卤素和卤化物盐形成氧化还原对，卤素和卤化物盐具有相同的卤素原子，碱性物质含有由苯并咪唑化合物构成的第1咪唑化合物和下述式(1)所示的第2咪唑化合物，第2咪唑化合物的体积摩尔浓度C2低于第1咪唑化合物的体积摩尔浓度C1。(上述式(1)中，R1～R4各自独立地表示氢原子、碳原子数1～6的烃基等。R5和R6各自独立地表示脂肪族烃基等)
Description
技术领域
本发明涉及色素敏化太阳能电池元件用电解质及使用该电解质的色素敏化太阳能电池元件。
背景技术
色素敏化太阳能电池元件是由瑞士的Graetzel等开发的，具有光电转换效率高、制造成本低等优点，因此，是受到瞩目的新一代太阳能电池。
色素敏化太阳能电池元件通常具备工作电极、对电极、担载于工作电极的氧化物半导体层的光敏化色素以及配置于工作电极与对电极之间的电解质。而且，电解质含有例如由卤素和卤化物盐等形成的氧化还原对。
对于色素敏化太阳能电池元件，重要的是提高光电转换特性，因此，作出了例如着眼于电解质的各种提案。
例如下述专利文献1中公开了一种电解质，含有碘、碘化合物以及具有直接键合于苯并咪唑环的碳原子数3～11的饱和烃基的苯并咪唑衍生物，公开了利用该电解质，色素敏化太阳能电池元件的光电转换特性高、且耐久性大幅提高。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2009－2231005号公报
发明内容
然而，具备上述专利文献1中记载的电解质的色素敏化太阳能电池元件对光电转换特性仍有改善的余地。因此，作为色素敏化太阳能电池元件中所含的色素敏化太阳能电池的电解质使用时，期望一种能够进一步提高色素敏化太阳能电池元件的光电转换特性的色素敏化太阳能电池元件用电解质。
本发明是鉴于上述情况而作出的，其目的在于提供一种能够充分提高色素敏化太阳能电池元件的光电转换特性的色素敏化太阳能电池元件用电解质及使用该电解质的色素敏化太阳能电池元件。
本发明人等为了解决上述课题，着眼于电解质的组成反复进行了深入研究。其结果，发现苯并咪唑衍生物虽然是为了抑制来自氧化物半导体层的漏电流而导入的，但注意到在抑制漏电流的能力方面仍不充分。进而，本发明人等发现通过进一步配合与苯并咪唑衍生物不同的咪唑化合物，能够有效地抑制来自氧化物半导体层的漏电流。然后，本发明人等反复进行了深入研究，结果发现通过以下的发明，能够解决上述课题，从而完成了本发明。
即，本发明为一种色素敏化太阳能电池元件用电解质，含有卤素、卤化物盐和碱性物质，由所述卤素和所述卤化物盐形成氧化还原对，所述卤素和所述卤化物盐具有相同的卤素原子，所述碱性物质含有由苯并咪唑化合物构成的第1咪唑化合物和下述式(1)所示的第2咪唑化合物，所述第2咪唑化合物的体积摩尔浓度C2低于所述第1咪唑化合物的体积摩尔浓度C1。
(上述式(1)中，R1～R4各自独立地表示氢原子、碳原子数1～6的烃基、－SR5或－OR6。R5和R6各自独立地表示氢原子或脂肪族烃基)
利用本发明的色素敏化太阳能电池元件用电解质，能够充分提高色素敏化太阳能电池元件的光电转换特性。
对于得到这样的效果的理由，本发明人等推测如下。即，本发明的电解质作为具有由氧化物半导体构成的氧化物半导体层的色素敏化太阳能电池元件中所含的色素敏化太阳能电池的电解质使用时，电解质中的第2咪唑化合物虽然其单独显著提高开路电压(Voc)，但短路电流(Isc)相应降低。因此，认为如果配合第2咪唑化合物而不配合由苯并咪唑化合物构成的第1咪唑化合物，则色素敏化太阳能电池元件的光电转换特性不会提高。另外，即使配合第1咪唑化合物，如果第2咪唑化合物的体积摩尔浓度为第1咪唑化合物的体积摩尔浓度以上，则Isc仍会降低，导致光电转换特性不会充分提高。但是，如果第2咪唑化合物的体积摩尔浓度低于第1咪唑化合物的体积摩尔浓度，则光电转换特性提高。由此，本发明人等推测可能是由于第1咪唑化合物缓冲因第2咪唑化合物所致的Isc的降低作用，其结果，使色素敏化太阳能电池元件的光电转换特性提高。
对于上述色素敏化太阳能电池元件用电解质，优选所述第2咪唑化合物的体积摩尔浓度C2为所述第1咪唑化合物的体积摩尔浓度C1的0.04～0.6倍。
此时，能够更充分地提高色素敏化太阳能电池元件的光电转换特性。
对于上述色素敏化太阳能电池元件用电解质，优选所述第1咪唑化合物的体积摩尔浓度C1为30～100mM。
如果C1在上述范围内，则与C1脱离上述范围的情况相比，容易抑制漏电流。
另外，本发明为一种色素敏化太阳能电池元件用电解质，含有卤素、卤化物盐和碱性物质，由所述卤素和所述卤化物盐形成氧化还原对，所述卤素和所述卤化物盐具有相同的卤素原子，所述碱性物质含有由苯并咪唑化合物构成的第1咪唑化合物和下述式(1)所示的第2咪唑化合物，所述第2咪唑化合物的分子量M2小于所述第1咪唑化合物的分子量M1。
(上述式(1)中，R1～R4各自独立地表示氢原子、碳原子数1～6的烃基、－SR5或－OR6。R5和R6各自独立地表示氢原子或脂肪族烃基)
利用本发明的色素敏化太阳能电池元件用电解质，能够充分提高色素敏化太阳能电池元件的光电转换特性。
对于得到这样的效果的理由，本发明人等推测如下。即，本发明的电解质作为具有由氧化物半导体构成的氧化物半导体层的色素敏化太阳能电池元件中所含得色素敏化太阳能电池的电解质使用时，电解质中的第2咪唑化合物虽然其单独显著提高开路电压(Voc)，但短路电流(Isc)相应降低。因此，认为如果配合第2咪唑化合物而不配合由苯并咪唑化合物构成的第1咪唑化合物，则色素敏化太阳能电池元件的光电转换特性不会提高。另外，即使配合第1咪唑化合物，如果第2咪唑化合物的分子量为第1咪唑化合物的分子量以上，则Isc仍会降低，导致光电转换特性不会充分提高。但是，如果第2咪唑化合物的分子量小于第1咪唑化合物的分子量，则光电转换特性提高。由此，本发明人等推测可能是由于第1咪唑化合物缓冲因第2咪唑化合物所致的Isc的降低作用，其结果，使色素敏化太阳能电池元件的光电转换特性提高。
对于上述色素敏化太阳能电池元件用电解质，优选所述第2咪唑化合物的分子量M2大于所述第1咪唑化合物的分子量M1的0倍且为0.67倍以下。
此时，能够更充分地提高色素敏化太阳能电池元件的光电转换特性。
对于上述色素敏化太阳能电池元件用电解质，优选所述第1咪唑化合物的分子量M1为118～224。
如果M1在上述范围内，则与M1脱离上述范围的情况相比，容易抑制漏电流位点。
对于上述色素敏化太阳能电池元件用电解质，优选所述式(1)中所述烃基为脂肪族烃基。
此时，电解质作为色素敏化太阳能电池元件中所含的色素敏化太阳能电池的电解质使用时，能够特别有效地提高色素敏化太阳能电池元件的光电转换特性。
对于上述色素敏化太阳能电池元件用电解质，构成所述第1咪唑化合物的所述苯并咪唑化合物具有取代基，所述取代基优选为碳原子数2以上的烷基。
此时，与取代基为碳原子数2以下的烷基的情况、苯并咪唑化合物不具有取代基的情况相比，第1咪唑化合物容易被覆氧化物半导体层上的漏电流位点。
另外，本发明为一种色素敏化太阳能电池元件，具备至少一个色素敏化太阳能电池，所述色素敏化太阳能电池具备：具有透明基板和设置于所述透明基板上的透明导电膜的第1电极；与所述第1电极对置的第2电极；设置于所述第1电极或所述第2电极的氧化物半导体层；设置于所述第1电极与所述第2电极之间的电解质；以及吸附于所述氧化物半导体层的光敏化色素，所述电解质由上述的色素敏化太阳能电池元件用电解质构成。
根据本发明的色素敏化太阳能电池元件，电解质通过由上述的色素敏化太阳能电池元件用电解质构成，能够充分提高光电转换特性。
应予说明，本发明中，在电解质中含有体积摩尔浓度不同的多种第1咪唑化合物时，第1咪唑化合物的体积摩尔浓度是指多种第1咪唑化合物的体积摩尔浓度的合计摩尔浓度。
另外，在电解质中含有体积摩尔浓度不同的多种第2咪唑化合物时，第2咪唑化合物的体积摩尔浓度是指多种第2咪唑化合物的体积摩尔浓度的合计摩尔浓度。
另外，本发明中，在电解质中含有分子量不同的多种第1咪唑化合物时，第1咪唑化合物的分子量是指具有多种第1咪唑化合物的分子量中的最小分子量的第1咪唑化合物的分子量。
另外，在电解质中含有分子量不同多种第2咪唑化合物时，第2咪唑化合物的分子量是指具有多种第2咪唑化合物的分子量中的最大分子量的第2咪唑化合物的分子量。
根据本发明，提供一种能够充分提高色素敏化太阳能电池元件的光电转换特性的色素敏化太阳能电池元件用电解质及使用该电解质的色素敏化太阳能电池元件。
附图说明
图1是表示本发明的色素敏化太阳能电池元件的一实施方式的截面图。
具体实施方式
以下，参照图1对本发明的色素敏化太阳能电池元件的第1实施方式进行详细说明。
图1是表示本发明的色素敏化太阳能电池元件的第1实施方式的截面图。
《第1实施方式》
如图1所示，第1实施方式的色素敏化太阳能电池元件100由一个色素敏化太阳能电池50构成，色素敏化太阳能电池50具备：具有透明导电性基板15的工作电极10；与透明导电性基板15对置的对电极20；以及将透明导电性基板15和对电极20连接的环状的密封部30。在由透明导电性基板15、对电极20和密封部30形成的电池空间填充电解质40。
对电极20具备导电性基板21和设置于导电性基板21的工作电极10侧且有助于电解质40还原的催化剂层22。本实施方式中，由导电性基板21构成第2电极。
另一方面，工作电极10具有透明导电性基板15和设置于透明导电性基板15上的至少一个氧化物半导体层13。透明导电性基板15由透明基板11和设置于透明基板11上的透明导电膜12构成。氧化物半导体层13配置在密封部30的内侧。另外，氧化物半导体层13吸附光敏化色素。本实施方式中，由透明导电性基板15构成第1电极。
上述电解质40含有卤素、卤化物盐和碱性物质。电解质40中，由卤素和卤化物盐形成氧化还原对。在此，上述卤素和上述卤化物盐具有相同的卤素原子。而且，上述碱性物质含有由苯并咪唑化合物构成的第1咪唑化合物和下述式(1)所示的第2咪唑化合物，第2咪唑化合物的体积摩尔浓度C2比第1咪唑化合物的体积摩尔浓度C1低。
(上述式(1)中，R1～R4各自独立地表示氢原子、碳原子数1～6的烃基、－SR5或－OR6。R5和R6各自独立地表示氢原子或脂肪族烃基)
根据色素敏化太阳能电池元件100，通过电解质40具有上述构成，能够充分提高光电转换特性。
接下来，对工作电极10、对电极20、密封部30、电解质40以及光敏化色素进行详细说明。
＜工作电极＞
如上所述，工作电极10具有透明导电性基板15和设置于透明导电性基板15上的至少一个氧化物半导体层13。透明导电性基板15由透明基板11和设置于透明基板11上的透明导电膜12构成。
构成透明基板11的材料只要是例如透明的材料即可，作为这样的透明材料，例如可举出硼硅酸玻璃、钠钙玻璃、白板玻璃、石英玻璃等玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯(PC)以及聚醚砜(PES)等。透明基板11的厚度根据色素敏化太阳能电池元件100的尺寸适当地决定，没有特别限定，例如只要为50～40000μm的范围即可。
作为构成透明导电膜12的材料，例如可举出掺锡氧化铟(ITO)、氧化锡(SnO2)以及掺氟氧化锡(FTO)等导电性金属氧化物。透明导电膜12可以由单层构成，也可以由不同导电性金属氧化物所构成的多层层叠体构成。透明导电膜12由单层构成时，从具有高的耐热性和耐化学药品性的方面考虑，优选由FTO构成。透明导电膜12的厚度例如只要为0.01～2μm的范围即可。
氧化物半导体层13由氧化物半导体粒子构成。氧化物半导体粒子由例如氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)、氧化钨(WO3)、氧化铌(Nb2O5)、钛酸锶(SrTiO3)、氧化锡(SnO2)、氧化铟(In3O3)、氧化锆(ZrO2)、氧化铊(Ta2O5)、氧化镧(La2O3)、氧化钇(Y2O3)、氧化钬(Ho2O3)、氧化铋(Bi2O3)、氧化铈(CeO2)以及氧化铝(Al2O3)或它们中的2种以上构成。氧化物半导体层13的厚度例如只要为0.1～100μm即可。
＜对电极＞
如上所述，对电极20具备导电性基板21和导电性的催化剂层22，所述催化剂层22设置于导电性基板21中的工作电极10侧且有助于电解质40的还原。
导电性基板21例如由钛、镍、铂、钼、钨、铝、不锈钢等耐腐蚀性的金属材料构成，或者由在上述透明基板11上形成由ITO、FTO等导电性氧化物构成的膜而成的材料构成。导电性基板21的厚度可以根据色素敏化太阳能电池元件100的尺寸适当地决定，没有特别限定，但例如只要为0.005～4mm即可。
催化剂层22由铂、碳系材料或导电性高分子等构成。在此，作为碳系材料，优选使用碳纳米管。
＜密封部＞
作为密封部30，例如可举出改性聚烯烃树脂、乙烯醇聚合物等热塑性树脂以及紫外线固化树脂等树脂。作为改性聚烯烃树脂，例如可举出离聚物、乙烯－乙烯乙酸酐共聚物、乙烯－甲基丙烯酸共聚物以及乙烯－乙烯醇共聚物。这些树脂可以单独使用或者组合使用2种以上。
＜电解质＞
如上所述，电解质40含有卤素、卤化物盐和碱性物质。而且，电解质40中，由卤素和卤化物盐形成氧化还原对。另外，上述卤素和上述卤化物盐具有相同的卤素原子。而且，碱性物质含有由苯并咪唑化合物构成的第1咪唑化合物和上述式(1)所示的第2咪唑化合物，第2咪唑化合物的体积摩尔浓度C2低于第1咪唑化合物的体积摩尔浓度C1，即C2/C1的值小于1。
(卤素)
电解质40中，作为卤素和卤化物盐所具有卤素原子，例如可举出溴原子、碘原子等。
其中，卤素和卤化物盐所具有的卤素原子优选为碘原子。即，优选卤素为碘，卤化物盐为碘化物盐。
此时，由于色素敏化太阳能电池元件100中使用的光敏化色素的HOMO(结合性轨道)能级和电解质中的氧化还原能级成为适当的位置，因此，电子注入效率进一步提高。另外，碘的还原反应比其它卤素种优异，因此，电解质40能够使光激发的光敏化色素瞬时返回到基态，能够阻碍因光敏化色素所致的逆反应等。
(卤化物盐)
作为电解质40中所含的卤化物盐，例如可举出溴化锂、溴化钠、溴化钾、四甲基溴化铵、四乙基溴化铵、四丁基溴化铵、四己基溴化铵、1－己基－3－甲基咪唑溴化物、1－乙基－3－丙基咪唑溴化物、1－乙基－3－甲基咪唑溴化物、1,2－二甲基－3－丙基咪唑溴化物、1－丁基－3－甲基咪唑溴化物、1－甲基－3－丙基咪唑溴化物等溴化物盐、碘化锂、碘化钠、碘化钾、四甲基碘化铵、四乙基碘化铵、四丁基碘化铵、四己基碘化铵、1－己基－3－甲基咪唑碘化物、1－乙基－3－丙基咪唑碘化物、1－乙基－3－甲基咪唑碘化物、1,2－二甲基－3－丙基咪唑碘化物、1－丁基－3－甲基咪唑碘化物或1－甲基－3－丙基咪唑碘化物等碘化物盐。
作为由卤素和卤化盐形成的氧化还原对，可举出卤化物离子和多卤化物离子的组合等。具体而言，可举出I－/I3 －、Br－/Br3 －等。
(碱性物质)
碱性物质中所含的第1咪唑化合物由苯并咪唑化合物构成。苯并咪唑化合物可以为无取代的苯并咪唑化合物，也可以为具有取代基的经取代的苯并咪唑化合物。作为上述取代基，可举出烃基、醚基、硫醇基、腈基等。
在此，作为烃基，可举出脂肪族烃基、脂环式烃基、芳香族烃基，但从能够更充分地抑制电解质40中的水分的影响这样的理由考虑，优选脂肪族烃基。脂肪族烃基的碳原子数没有特别限制，但优选为1～6。脂肪族烃基可以为直链状或支链状中的任一者，但从能够更充分地抑制电解质40中的水分的影响这样的理由考虑，优选为直链状。进而，脂肪族烃基可以为饱和脂肪族烃基，也可以为不饱和烃基，但优选为饱和脂肪族烃基。如果脂肪族烃基为饱和脂肪族烃基，则第1咪唑化合物难以与其它物质反应。
作为第1咪唑化合物的具体例，例如可举出1－丁基苯并咪唑(NBB)、1－甲基苯并咪唑(NMB)、1－乙基苯并咪唑、1－叔丁基苯并咪唑、1－己基苯并咪唑等。这些可以单独使用1种，也可以组合使用两种以上。
第2咪唑化合物由上述式(1)表示。式(1)中，R1～R4各自独立地表示氢原子、碳原子数1～6的烃基、－SR5或－OR6。其中，从第2咪唑化合物难以与其它物质反应这样的理由考虑，优选R1～R4中的至少一个表示碳原子数1～6的烃基、－SR5或－OR6。
上述式(1)中，作为R1～R4所示的烃基，可举出脂肪族烃基和芳香族烃基。其中，从更充分地抑制电解质40中的水分的影响这样的理由考虑，优选为脂肪族烃基。此时，脂肪族烃基的碳原子数没有特别限制，但优选为1～6。此时，与碳原子数脱离该范围的情况相比，容易防止氧化物半导体层13的光敏化色素无法吸附的位置处的漏电流的产生。脂肪族烃基可以为直链状或支链状中的任一者，但优选为支链状。进而，脂肪族烃基可以为饱和脂肪族烃基，也可以为不饱和烃基，但优选为饱和脂肪族烃基。如果脂肪族烃基为饱和脂肪族烃基，则第2咪唑化合物难以与其它物质反应。在此，脂肪族烃基优选为碳原子数2以上的烷基。此时，与取代基为甲基的情况、苯并咪唑化合物不具有取代基的情况相比，第1咪唑化合物容易覆盖氧化物半导体层13上的漏电流位点。
R5和R6所示的脂肪族烃基的碳原子数没有特别限制，但从更充分地抑制电解质40中的水分的影响这样的理由考虑，优选为1～6。
进而，上述式(1)中，优选R4为氢原子，R1～R3中的至少一个为碳原子数1～6的烃基、－SR5或－OR6。此时，容易防止氧化物半导体层13上的光敏化色素没有吸附的位置处的漏电流的产生。
作为第2咪唑化合物的具体例，例如可举出1－甲基咪唑(MI)、2－异丙基咪唑(IPI)、1,2－二甲基咪唑、4－叔丁基咪唑、1－乙基咪唑－2－硫醇、1－(叔丁氧基羰基)咪唑等。这些可以单独使用1种，也可以组合使用两种以上。
电解质40中，只要第2咪唑化合物的体积摩尔浓度C2低于第1咪唑化合物的体积摩尔浓度C1，即C2/C1的值小于1就没有特别限制，但优选C2/C1的值为0.04～0.6。
此时，与C2/C1的值脱离上述范围的情况相比，能够特别充分地提高色素敏化太阳能电池元件100的光电转换特性。
C2/C1的值更优选为0.067～0.5。
另外，第1咪唑化合物的体积摩尔浓度C1优选为30～100mM。
如果C1在上述范围内，则与C1脱离上述范围的情况相比，容易抑制漏电流。
第1咪唑化合物的体积摩尔浓度C1更优选为50～100mM。
(有机溶剂)
电解质40可以进一步含有有机溶剂。作为有机溶剂，可以使用乙腈、甲氧基乙腈、甲氧基丙腈、丙腈、碳酸亚乙酯、碳酸亚乙酯、碳酸二乙酯、γ－丁内酯、戊腈、新戊腈、戊二腈、甲基丙烯腈、异丁腈、苯乙腈、丙烯腈、丁二腈、乙二氰、戊腈、己二腈等。这些可以单独使用1种，也可以组合使用两种以上。
(其它)
进而，作为电解质40，可以使用在上述电解质中混炼二氧化硅(SiO2)、TiO2、碳纳米管等纳米粒子而成为凝胶样的准固态电解质即纳米复合凝胶电解质，另外，也可以利用使用聚偏二氟乙烯、聚氧化乙烯衍生物、氨基酸衍生物等有机系凝胶化剂凝胶化而成的电解质。
＜光敏化色素＞
作为光敏化色素，例如可举出具有包含联吡啶结构、三联吡啶结构等的配体的钌配合物或卟啉、曙红、罗丹明、部花青等有机色素。
应予说明，色素敏化太阳能电池元件100在室内、低照度(10～10000lux)的环境下使用时，作为光敏化色素，优选使用具有包含联吡啶结构的配体的钌配合物。
接下来，对上述的色素敏化太阳能电池元件100的制造方法进行说明。
首先，准备在一个透明基板11上形成透明导电膜12而成的透明导电性基板15。
作为透明导电膜12的形成方法，可举出溅射法、蒸镀法、喷雾热分解法和CVD法等。
接下来，在透明导电膜12上形成氧化物半导体层13。氧化物半导体层13在印刷包含氧化物半导体粒子的多孔氧化物半导体层形成用膏后，进行烧制而形成。
氧化物半导体层形成用膏除上述氧化物半导体粒子以外，还含有聚乙二醇等树脂和松油醇等溶剂。
作为氧化物半导体层形成用膏的印刷方法，例如可以使用丝网印刷法、刮刀法或棒涂法等。
烧制温度根据氧化物半导体粒子的材质而不同，但通常为350～600℃，烧制时间也根据氧化物半导体粒子的材质而不同，但通常为1～5小时。
这样，得到工作电极10。
接下来，使光敏化色素吸附于工作电极10的氧化物半导体层13的表面。因此，只要将工作电极10浸渍在含有光敏化色素的溶液中，使该光敏化色素吸附于氧化物半导体层13后，用上述溶液的溶剂成分冲洗多余的光敏化色素并使其干燥，由此使光敏化色素吸附于氧化物半导体层13即可。但是，也可以在将含有光敏化色素的溶液涂布于氧化物半导体层13之后使其干燥，由此使光敏化色素吸附于氧化物半导体层13。
接下来，准备电解质40。电解质40由包含如下工序的方法制造：电解液准备工序，准备电解液，所述电解液含有卤素和卤化物盐，由卤素和卤化物盐形成氧化还原对；以及碱性物质混合工序，混合电解液和上述碱性物质而得到电解质40。此时，电解液准备工序中，使卤素和卤化物盐具有相同的卤素原子。另外，碱性物质混合工序中，以得到的电解质40中的第2咪唑化合物的体积摩尔浓度C2低于电解质40中的第1咪唑化合物的体积摩尔浓度C1的方式混合电解液和碱性物质。
以下，对电解质40的制造方法进行具体说明。
(电解液准备工序)
首先，例如在上述有机溶剂中溶解卤素和卤化物盐，制备含有由卤素和卤化物盐形成的氧化还原对的溶液。这样，得到含有由卤素和卤化物盐形成的氧化还原对的电解液。
(碱性物质混合工序)
接下来，混合如上制造的电解液和上述的碱性物质。在此，碱性物质以C2/C1的值小于1的方式进行混合。
这样，得到电解质40。根据上述的电解质40的制造方法，得到的电解质40能够充分提高色素敏化太阳能电池元件100的光电转换特性。
上述碱性物质混合工序中，优选以第2咪唑化合物的体积摩尔浓度C2成为第1咪唑化合物的体积摩尔浓度C1的0.04～0.6倍的方式混合电解液和碱性物质。
此时，利用这样得到的电解质40，能够更充分地提高色素敏化太阳能电池元件100的光电转换特性。
在此，更优选以C2/C1的值为0.067～0.5的方式混合电解液和碱性物质。
另外，优选以第1咪唑化合物的体积摩尔浓度C1成为30～100mM的方式混合电解液和碱性物质。
如果C1在上述范围内，则与C1脱离上述范围的情况相比，电解质40能够更充分地提高色素敏化太阳能电池元件100的光电转换特性。
此时，更优选以C1成为50～100mM的方式混合电解液和碱性物质。
接下来，在氧化物半导体层13上配置电解质40。电解质40例如可以通过丝网印刷等印刷法进行配置。
接下来，准备环状的密封部形成体。密封部形成体例如可以通过准备密封用树脂膜并在该密封用树脂膜上形成一个四边形的开口而得到。
然后，使该密封部形成体粘接在工作电极10上。此时，密封部形成体向工作电极10的粘接例如可以通过使密封部形成体加热熔融来进行。
接下来，准备对电极20，以封闭密封部形成体的开口的方式配置后，与密封部形成体贴合。此时，也可以使密封部形成体预先粘接于对电极20并使该密封部形成体与工作电极10侧的密封部形成体贴合。对电极20向密封部形成体的贴合可以在大气压下进行，也可以在减压下进行，但优选在减压下进行。
如上得到色素敏化太阳能电池元件100。
《第2实施方式》
接下来，对本发明的色素敏化太阳能电池元件的第2实施方式进行说明。
第2实施方式的色素敏化太阳能电池元件在电解质40方面与第1实施方式的色素敏化太阳能电池元件100不同。具体而言，对于第1实施方式的色素敏化太阳能电池元件100，第2咪唑化合物的体积摩尔浓度C2低于第1咪唑化合物的体积摩尔浓度C1，与此相对，对于第2实施方式的色素敏化太阳能电池元件，第2咪唑化合物的分子量M2小于第1咪唑化合物的分子量M1。第2实施方式的色素敏化太阳能电池元件中的电解质40含有卤素、卤化物盐和碱性物质，由卤素和卤化物盐形成氧化还原对，卤素和卤化物盐具有相同的卤素原子，碱性物质含有由苯并咪唑化合物构成的第1咪唑化合物和下述式(1)所示的第2咪唑化合物与第1实施方式的色素敏化太阳能电池元件中的电解质40相同。
根据第2实施方式的色素敏化太阳能电池元件，通过电解质40具有上述构成，能够充分提高光电转换特性。
电解质40中，只要第2咪唑化合物的分子量M2小于第1咪唑化合物的分子量M1，即M2/M1的值小于1就没有特别限制，但优选M2/M1的值大于0且为0.67以下。
此时，与M2/M1的值脱离上述范围的情况相比，能够特别充分地提高色素敏化太阳能电池元件100的光电转换特性。
M2/M1的值更优选为0.3～0.63，特别优选为0.47～0.63。
另外，第1咪唑化合物的分子量M1优选为118～224。
如果M1在上述范围内，则与M1脱离上述范围的情况相比，容易抑制漏电流位点。
M1更优选为130～210。
接下来，对第2实施方式的色素敏化太阳能电池元件的制造方法进行说明。第2实施方式的色素敏化太阳能电池元件的制造方法仅在电解质40的制造方法方面与第1实施方式的色素敏化太阳能电池元件100的制造方法不同。因此，以下，对第2实施方式的色素敏化太阳能电池元件中的电解质40的制造方法进行说明。
电解质40由通过包含如下工序的方法制造：电解液准备工序，准备电解液，所述电解液含有卤素和卤化物盐，由卤素和卤化物盐形成氧化还原对；以及碱性物质混合工序，混合电解液和碱性物质而得到电解质40。此时，电解液准备工序中，使卤素和卤化物盐具有相同的卤素原子。另外，碱性物质混合工序中，以得到的电解质40中的第2咪唑化合物的分子量M2小于电解质40中的第1咪唑化合物的分子量M1的方式混合电解液和碱性物质。
以下，对电解质40的制造方法进行具体说明。
(电解液准备工序)
首先，例如在有机溶剂中溶解卤素和卤化物盐，制备含有由卤素和卤化物盐形成的氧化还原对的溶液。这样，得到含有由卤素和卤化物盐形成的氧化还原对的电解液。
(碱性物质混合工序)
接下来，混合如上制造的电解液和上述的碱性物质。在此，碱性物质以M2/M1的值小于1的方式进行混合。
这样，得到电解质40。根据上述电解质40的制造方法，得到的电解质40能够充分提高色素敏化太阳能电池元件100的光电转换特性。
上述碱性物质混合工序中，优选以第2咪唑化合物的分子量M2大于第1咪唑化合物的分子量M1的0倍且为0.67倍以下的方式混合电解液和碱性物质。
此时，利用这样得到的电解质40，能够更充分地提高色素敏化太阳能电池元件100的光电转换特性。
在此，更优选以M2/M1的值优选成为0.3～0.63的方式、更优选成为0.47～0.6的方式混合电解液和碱性物质。
另外，优选以第1咪唑化合物的分子量M1成为118～224的方式混合电解液和碱性物质。
如果M1在上述范围内，则与M1脱离上述范围的情况相比，电解质40能够更充分地提高色素敏化太阳能电池元件100的光电转换特性。
此时，更优选以M1成为130～210的方式混合电解液和碱性物质。
本发明并不限定于上述实施方式。例如上述实施方式中，色素敏化太阳能电池元件100为如下结构：在透明导电性基板15的透明导电膜12上设置多孔氧化物半导体层13，从透明导电性基板15侧进行光接收，但也可以如下结构：形成有多孔氧化物半导体层13的基材使用不透明材料(例如金属基板)，使用透明材料作为形成对电极20的基材，从对电极侧进行光接收，进而还可以为从两面进行光接收的结构。
另外，上述实施方式中，色素敏化太阳能电池元件由一个色素敏化太阳能电池50构成，但色素敏化太阳能电池元件也可以具备多个色素敏化太阳能电池50。
实施例
以下，举出实施例更具体地说明本发明的内容，但本发明并不限定于下述实施例。
(实施例1A～12A和比较例1A～4A)
＜色素敏化太阳能电池元件用电解质的制备＞
在碘0.002g、1,2－二甲基－3－丙基咪唑碘化物(DMPImI)3.1g和3－甲氧基丙腈20mL的混合物中溶解下述表1所示的第1咪唑化合物和第2咪唑化合物，制备电解液。在此，表1中记载的“NBB”、“MI”和“IPI”如下所述。
NBB：1－丁基苯并咪唑
MI：1－甲基咪唑
IPI：2－异丙基咪唑
此时，对于第1咪唑化合物和第2咪唑化合物，以电解质中的体积摩尔浓度C1、C2、电解质中的体积摩尔浓度比(C2/C1)成为表1所示的值的方式进行添加。这样，制备色素敏化太阳能电池元件用电解质。
(实施例1B～2B和比较例1B～6B)
＜色素敏化太阳能电池元件用电解质的制备＞
在碘0.002g、1,2－二甲基－3－丙基咪唑碘化物(DMPImI)3.1g和3－甲氧基丙腈20mL的混合物中溶解下述表2所示的第1咪唑化合物和第2咪唑化合物，制备电解液。在此，表2中记载的“NBB”、“NMB”、“MI”和“IPI”如下所示。
NBB：1－丁基苯并咪唑
NMB：1－甲基苯并咪唑
MI：1－甲基咪唑
IPI：2－异丙基咪唑
此时，第1咪唑化合物和第2咪唑化合物的分子量M1、M2、电解质中的分子量比(M2/M1)如表2所示。另外，在电解质中配合第1咪唑化合物时，电解质中的第1咪唑化合物的体积摩尔浓度为0.1M。进而，在电解质中配合第2咪唑化合物时，电解质中的第2咪唑化合物的体积摩尔浓度为0.01M。这样，制备色素敏化太阳能电池元件用电解质。
＜色素敏化太阳能电池元件的制作＞
首先，准备在玻璃基板上形成有FTO膜的FTO/玻璃基板。然后，清洗该FTO/玻璃基板，对该基板进行UV－O3处理，通过丝网印刷在该基板上涂布含有氧化钛的氧化钛纳米粒子膏，制作50×50mm的膜，在150℃下干燥10分钟。这样，得到未烧制基板。然后，将该未烧制基板放入烘箱，将氧化钛纳米粒子膏在500℃下烧制1小时，在FTO膜上形成厚度14μm的多孔氧化钛层，得到工作电极。
接下来，使作为光敏化色素的Z907色素溶解于将乙腈和叔丁醇按1：1(体积比)混合而成的混合溶剂中而制作色素溶液。然后，在该色素溶液中使上述工作电极浸渍24小时，使光敏化色素担载于多孔氧化钛层。
另一方面，准备工作电极的制作中使用的FTO/玻璃基板，在该基板上通过溅射法沉积Pt。由此，得到对电极。
接下来，在工作电极上配置由作为离聚物的Himilan(商品名，Mitsui DupontPoly Chemical公司制)构成的环状的热塑性树脂片。此时，在环状的热塑性树脂片的内侧配置多孔氧化钛层。然后，将热塑性树脂片在180℃下加热5分钟使其熔融，粘接于工作电极。
另一方面，通过丝网印刷法将如上制备的电解质以覆盖多孔氧化钛层的方式涂布在工作电极上。
然后，以在与工作电极之间夹持电解质的方式将对电极与工作电极叠合，在减压下(1000Pa)将密封部加热熔融，由此使对电极与密封部粘接。
这样，得到色素敏化太阳能电池元件。
＜特性的评价＞
(光电转换特性)
对如上得到的上述实施例1A～12A和比较例1A～4A的色素敏化太阳能电池元件测定光电转换效率η(％)。而且，以比较例1A作为基准比较例，基于下述式计算η的增加率。将结果示于表1。
η的增加率(％)＝100×(实施例或比较例的η－比较例1A的η)/比较例1A的η
此时，η的测定使用Xe灯太阳模拟器(山下电装公司制的YSS－150)和IV测试仪(英光精机公司制的MP－160)进行。
另外，也对如上得到的上述实施例1B～2B和比较例1B～6B的色素敏化太阳能电池元件测定光电转换效率η(％)。而且，以比较例1B为基准比较例，基于下述式计算η的增加率。将结果示于表2。
η的增加率(％)＝100×(实施例或比较例的η－比较例1B的η)/比较例1B的η
此时，η的测定与实施例1A同样地，使用Xe灯太阳模拟器(山下电装公司制YSS－150)和IV测试仪(英光精机公司制MP－160)来进行。
[表1]
[表2]
根据表1所示的结果，可知以比较例1A为基准的实施例1A～12A的色素敏化太阳能电池元件的η的增加率为2％以上。另一方面，可知以比较例1A为基准的比较例2A～4A的色素敏化太阳能电池元件的η的增加率为－4％以下。
根据表2所示的结果，可知以比较例1B为基准的实施例1B～2B的色素敏化太阳能电池元件的η的增加率为11％以上。另一方面，可知以比较例1B为基准的比较例2B～6B的色素敏化太阳能电池元件的η的增加率为8％以下。
综上所述，确认了利用本发明的色素敏化太阳能电池元件用电解质，能够充分提高色素敏化太阳能电池元件的光电转换特性。
符号说明
11…透明基板
12…透明导电膜
13…氧化物半导体层
15…透明导电性基板(第1电极)
20…对电极(第2电极)
40…电解质
50…色素敏化太阳能电池
100…色素敏化太阳能电池元件
Claims (10)
1.一种色素敏化太阳能电池元件用电解质，含有卤素、卤化物盐、和碱性物质，
由所述卤素和所述卤化物盐形成氧化还原对，
所述卤素和所述卤化物盐具有相同的卤素原子，
所述碱性物质含有由苯并咪唑化合物构成的第1咪唑化合物和下述式(1)所示的第2咪唑化合物，
所述第2咪唑化合物的体积摩尔浓度C2低于所述第1咪唑化合物的体积摩尔浓度C1，
上述式(1)中，R1～R4各自独立地表示氢原子、碳原子数1～6的烃基、－SR5或－OR6；R5和R6各自独立地表示氢原子或脂肪族烃基。
2.根据权利要求1所述的色素敏化太阳能电池元件用电解质，其中，所述第2咪唑化合物的体积摩尔浓度C2为所述第1咪唑化合物的体积摩尔浓度C1的0.04～0.6倍。
3.根据权利要求1或2所述的色素敏化太阳能电池元件用电解质，其中，所述第1咪唑化合物的体积摩尔浓度C1为30～100mM。
4.一种色素敏化太阳能电池元件用电解质，含有卤素、卤化物盐、和碱性物质，
由所述卤素和所述卤化物盐形成氧化还原对，
所述卤素和所述卤化物盐具有相同的卤素原子，
所述碱性物质含有由苯并咪唑化合物构成的第1咪唑化合物和下述式(1)所示的第2咪唑化合物，
所述第2咪唑化合物的分子量M2小于所述第1咪唑化合物的分子量M1，
上述式(1)中，R1～R4各自独立地表示氢原子、碳原子数1～6的烃基、－SR5或－OR6；R5和R6各自独立地表示氢原子或脂肪族烃基。
5.根据权利要求4所述的色素敏化太阳能电池元件用电解质，其中，所述第2咪唑化合物的分子量M2大于所述第1咪唑化合物的分子量M1的0倍且为0.67倍以下。
6.根据权利要求4或5所述的色素敏化太阳能电池元件用电解质，其中，所述第1咪唑化合物的分子量M1为118～224。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的色素敏化太阳能电池元件用电解质，其中，所述式(1)中，所述烃基为脂肪族烃基。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的色素敏化太阳能电池元件用电解质，其中，所述式(1)中，所述烃基为脂肪族烃基。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的色素敏化太阳能电池元件用电解质，其中，所述卤素原子为碘。
10.一种色素敏化太阳能电池元件，具备至少一个色素敏化太阳能电池，
所述色素敏化太阳能电池具备：
第1电极，具有透明基板和设置于所述透明基板上的透明导电膜；
第2电极，与所述第1电极对置；
氧化物半导体层，设置于所述第1电极或所述第2电极；
电解质，设置于所述第1电极与所述第2电极之间；以及
光敏化色素，吸附于所述氧化物半导体层，
所述电解质由权利要求1～9中任一项所述的色素敏化太阳能电池元件用电解质构成。
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