DE102005033266A1

DE102005033266A1 - Farbstoff-sensibilisierte Solarzelle

Info

Publication number: DE102005033266A1
Application number: DE102005033266A
Authority: DE
Inventors: Ryuichi Kitakyushu Shiratsuchi; Shuzi Kitakyushu Hayase
Original assignee: Kyushu Institute of Technology NUC
Current assignee: Kyushu Institute of Technology NUC
Priority date: 2004-07-20
Filing date: 2005-07-15
Publication date: 2006-02-16
Also published as: JP2006032227A; US20100151616A1; US20060016474A1

Abstract

Bereitgestellt wird eine farbstoff-sensibilisierte Solarzelle, die eine transparente Elektrode einschließt, die dadurch gebildet wird, dass der Reihe nach auf einem transparenten Substrat aufgebracht werden: ein transparenter, leitfähiger Film, der als Hauptkomponente Zinnoxid enthält, und eine kompakte Titanoxidschicht und/oder eine poröse Titanoxidschicht, worin die Fluorkonzentration des transparenten, leitfähigen Zinnoxid als Hauptkomponente umfassenden Films 0,2 Gew.-% nicht überschreitet und der transparente, leitfähige Film auf dem transparenten Substrat in einem von ihm erhaltenen Röntgenbeugungsmuster den (110)-, (200)- und (211)-Ebenen zuzuordnende Beugungsspeaks besitzt, welche die Bedingungen erfüllen, dass, bezogen auf die Summe der Beugungsintensitäten der drei Ebenen, die Verhältnisse sowohl der (110)- als auch (211)-Beugungsintensitäten größer als 0,25 und kleiner als 0,4 sind und das Verhältnis der (200)-Beugungsintensität größer als 0,25 und kleiner als 0,5 ist. Die farbstoff-sensibiliserte Solarzelle besitzt einen hohen Lichtumwandlungswirkungsgrad und umfasst einen FTO-Film, der in hohem Maße hitzebeständig ist und sich während eines Temperaturbehandlungsschrittes bei der Bildung eines porösen Titanoxidfilms nicht leicht verschlechtert.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Solarzelle, in der poröse Oxid-Halbleiter-Mikropartikel Verwendung finden, und insbesondere eine farbstoff-sensibilisierte Solarzelle.

Anstelle der Verwendung eines Silizium-Halbleiters ist eine farbstoff-sensibilisierte Solarzelle bekannt, die, als Solarzelle, eine elektrochemische Zellenstruktur auf der Grundlage einer Iodlösung etc. besitzt. Als Elektrode, die auf der Seite, auf welcher Licht einstrahlt, für die farbstoff-sensibilisierte Solarzelle verwendet wird, ist ein transparentes, leitfähiges Material angestrebt worden, das einen hohen Durchlässigkeitsgrad und einen niedrigen Flächenwiderstand besitzt. Ein Zinn-dotierter Indiumoxidfilm (ITO-Film) ist herkömmlich in vielen Anwendungen als Elektrodenmaterial, das diese Bedingungen erfüllt, verwendet worden. Jedoch weist ITO den Nachteil auf, daß seine Stabilität während einer Temperaturbehandlung in einem Verfahren zur Herstellung eines porösen Films in einer farbstoff-sensibilisierten Solarzelle schlecht ist. Des weiteren wurde festgestellt, daß in einem Fluor-dotierten Zinnoxidfilm (FTO-Film) ein niedriger spezifischer Widerstand in der Größenordnung von 3,5 × 10^–4 (Ωcm) erhalten werden kann. Man hat daher begonnen, dieses Material viel als transparente Elektrode für eine farbstoff-sensibilisierte Solarzelle zu verwenden (siehe ungeprüfte japanische Patentveröffentlichungen Nr. 1-236525, 2-181473, 2-231773, 11-109888, 2000-156514 und 2003-151355).

Bei der Herstellung einer farbstoff-sensibilisierten Solarzelle ist es nötig, einen porösen Oxidfilm zu bilden. Ein solcher Oxidfilm wird meistens auf der Oberseite eines transparenten, leitfähigen Films gebildet, der Zinnoxid als Hauptkomponente enthält, auf der Oberseite eines transparenten Substrats. Hierbei wird ein Filmbildungsverfahren verwendet, wie beispielsweise ein Siebdruck- oder ein Rakelverfahren, unter Verwendung einer Paste, die Titanoxid-Mikropartikel umfaßt, oder ein elektrolytisches Abscheidungsverfahren, das elektrolytische Abscheidung eines Titanoxid-Vorläufers einschließt. Hierauf folgt ein Verfahren, in dem der resultierende Film bei einer Temperatur, die gleich dem Erweichungspunkt des Substrats ist oder unterhalb von diesem liegt, gesintert wird. Jedoch tritt das Problem auf, daß während der Filmbildung und des Sinterns der Widerstand des Zinnoxidfilms aufgrund einer Wechselwirkung mit der Paste oder dem Titanoxid-Vorläufer zunimmt.

Kurze Zusammenfassung der Erfindung

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hocheffiziente, farbstoff-sensibilisierte Solarzelle zu erhalten, indem ein FTO-Film bereitgestellt wird, der in hohem Maße hitzebeständig ist und während eines Temperaturbehandlungsschrittes während der Bildung eines porösen Titanoxidfilms nicht leicht an Qualität verliert.

Diese Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann gelöst werden durch eine farbstoff-sensibilisierte Solarzelle, umfassend eine transparente Elektrode, umfassend ein transparentes Substrat, einen auf die Oberseite des transparenten Substrats aufgebrachten, transparenten, leitfähigen Film, wobei der transparente, leitfähige Film als Hauptkomponente Zinnoxid umfaßt, und eine kompakte Titanoxidschicht und/oder eine auf die Oberseite des transparenten, leitfähigen Films aufgebrachte, poröse Titanoxidschicht, wobei (1) der transparente, leitfähige Film, der Zinnoxid als Hauptkomponente umfaßt, eine Fluorkonzentration besitzt, die 0,2 Gew.% nicht überschreitet, und (2) der transparente, leitfähige Film in einem von ihm erhaltenen Röntgenbeugungsmuster Beugungspeaks aufweist, die den (110)-, (200)- und (211)-Ebenen zugeordnet werden können, und welche die unten genannten Bedingungen (a) und (b) erfüllen.

(a) Die Verhältnisse von sowohl der (110)- als auch der (211)-Beugungsintensitäten, bezogen auf die Summe der Beugungsintensitäten der drei Ebenen, sind größer als 0,25 und kleiner als 0,4.
(b) Das Verhältnis der (200)-Beugungsintensität, bezogen auf die Summe der Beugungsintensitäten der drei Ebenen, ist größer als 0,25 und kleiner als 0,5.

Im Fall einer farbstoff-sensibilisierten Solarzelle, in der FTO in einer transparenten Elektrode verwedet wird, ist es, wenn die Fluorkonzentration in einem FTO-Film gleich oder weniger als 0,2 Gew.% beträgt, möglich, den nachteiligen Effekt der Diffusion von Fluor in die Titanoxidschicht bis auf ein im wesentlichen vernachlässigbares Niveau zu supprimieren. Zusätzlich ist es, indem die Beugungspeaks, die den (110)-, (200)- und (211)-Ebenen in einem Röntgenbeugungsmuster eines transparenten, leitfähigen Films auf einem transparenten Substrat zuzuordnen sind, so eingestellt werden, daß sie eine Intensität in einem vorbestimmten Bereich aufweisen, möglich, eine Solarzelle zu erhalten, welche hervorragende Eigenschaften im Vergleich zu herkömmlichen Solarzellen aufweist.

Kurze Beschreibung der Abbildung

1 ist ein Diagramm, das SIMS-Profile von Titan, Zinn und Chlor in der Tiefenrichtung von einer Titanoxidoberfläche zu einer Zinnoxidschicht in einer transparenten Elektrode des Vergleichsbeispiels 6 in Tabelle 1 zeigt.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Als Ergebnis einer Untersuchung von verschiedenen physikalischen Eigenschaften eines FTO-Films (Zinnoxidfilm) sowie von Eigenschaften einer farbstoff-sensibilisierten Solarzelle stellten die Erfinder fest, daß die Menge an Fluor im FTO-Film, die dem Film zugesetzt wird, um ihm eine elektrische Leitfähigkeit zu verleihen, einen großen Einfluß auf die Eigenschaften der farbstoff-sensibilisierten Solarzelle besitzt. Herkömmlich verwendete, transparente, leitfähige Filme, welche Zinnoxid als Hauptkomponente enthalten, enthalten, um den Widerstand des Films herabzusetzen, überschüssiges Fluor, bezogen auf jenes, das zur elektrischen Leitfähigkeit beiträgt. Das Vorhandensein von überschüssigem Dotand (Fluor) verursacht jedoch eine Abnahme der Lichtdurchlässigkeit und übt einen nachteiligen Einfluß auf die Verbesserung der Eigenschaften der farbstoff-sensibilisierten Solarzelle aus. Des weiteren könnte überschüssiges Fluor in einen auf einem transparenten, leitfähigen Film während einer Temperaturbehandlung aufgebrachten Titanoxidfilm hineindiffundieren und hierdurch auf ähnliche Weise einen nachteiligen Einfluß auf die Verbesserung der Eigenschaften der farbstoff-sensibilisierten Solarzelle ausüben.
Im Hinblick auf eine farbstoff-sensibilisierte Solarzelle mit einer transparenten Elektrode, umfassend, der Reihe nach auf einem transparenten Substrat, einen transparenten, leitfähigen Film, der Zinnoxid als Hauptkomponente umfasst, eine kompakte Titanoxidschicht und/oder eine poröse Titanoxidschicht, haben die Erfinder des weiteren festgestellt, daß eine der Bedingungen dafür, eine farbstoff-sensibilisierte Solarzelle zu erhalten, die hervorragend ist bezüglich Eigenschaften wie beispielsweise des Umwandlungswirkungsgrads, darin besteht, die Fluorkonzentration im transparenten, leitfähigen Film, der als Hauptkomponente Zinnoxid umfaßt, so einzustellen, daß sie 0,2 Gew.% nicht überschreitet.
Die Erfinder haben auch festgestellt, daß die Kristallorientierung des FTO-Films einen großen Einfluß auf die Eigenschaften der farbstoff-sensibilisierten Solarzelle ausübt. Herkömmliche FTO-Filme mit einer bevorzugten Orientierung der (200)-Ebene, weisen den Nachteil einer schlechten Lichtdurchlässigkeit auf, obwohl die Oberfläche wenig Unebenheiten aufweist und der Widerstand gering ist. FTO-Filme mit einer bevorzugten Orientierung der (110)- und (211)-Ebenen besitzen eine sehr unebene Oberfläche und sind zur Verwendung bei der Bildung eines Films aus Titanoxid-Mikropartikeln ungeeignet. Man hat daher festgestellt, daß wenn die Orientierung jeder Ebene extrem stark ausgeprägt ist, dies einen nachteiligen Einfluß auf die Eigenschaften der farbstoff-sensibilisierten Solarzelle ausübt.
Im Hinblick auf Beugungspeaks, welche im Röntgenbeugungsmuster des FTO-Films auf dem transparenten Substrat den (110)-, (200)- und (211)-Ebenen zuzuordnen sind, hat eine Untersuchung durch die Erfinder ergeben, daß es dadurch, daß die Bedingungen, daß die Verhältnisse von sowohl der (110)- als auch der (211)-Beugungsintensitäten, bezogen auf die Summe der Beugungsintensitäten der drei Ebenen, größer als 0,25 und kleiner als 0,4 sind, und daß das Verhältnis der (200)-Beugungsintensität, bezogen auf die Summe der Beugungsintensitäten der drei Ebenen, größer als 0,25 und kleiner als 0,5 ist, erfüllt werden, möglich ist, eine farbstoff-sensibilisierte Solarzelle zu erhalten, die bezüglich Eigenschaften wie beispielsweise des Umwandlungswirkungsgrads hervorragend ist.
Solange die beiden oben genannten Bedingungen erfüllt sind, d.h. (1) die Fluorkonzentration im transparenten, leitfähigen Film, der Zinnoxid als Hauptkomponente umfaßt, so eingestellt wird, daß sie 0,2 Gew.% nicht überschreitet, und (2) die Intensitäten von Beugungspeaks der (110)-, (200)- und (211)-Ebenen in einem Röntgenbeugungsmuster des FTO-Films auf einem transparenten Substrat so eingestellt werden, daß sie in einem vorbestimmten Bereich fallen, werden Eigenschaften, wie beispielsweise der Umwandlungswirkungsgrad, synergistisch verbessert, und es kann eine besonders hervorragende, farbstoff-sensibilisierte Solarzelle gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten werden.
Die Erfinder haben auch festgestellt, daß aus einem Ausgangsmaterial des FTO-Films stammendes Chlor im FTO-Film verbleibt, und daß das Verhalten des Chlors einen großen Einfluß auf die Eigenschaften der farbstoff-sensibilisierten Solarzelle ausübt. Herkömmliche, transparente, leitfähige Filme sind Fluor-dotiert, um dessen Widerstand herabzusetzen, aber aus einem Ausgangsmaterial stammendes Chlor könnte im Film verbleiben, ohne während einer Pyrolysereaktion zersetzt zu werden. Da Chlor selbst zur elektrischen Leitfähigkeit beiträgt, tritt bei normalen Anwendungen kein Problem auf. Jedoch ist festgestellt worden, daß die Möglichkeit besteht, daß nach einem Kontakt mit Titanoxid und während einer nachfolgenden Temperaturbehandlung, Chlor in den Titanoxidfilm hineindiffundieren könnte. Eine solche Diffusion von Chlor in das Titanoxid hinein führt zur Bildung eines neuen Energieniveaus und übt so einen nachteiligen Einfluß auf die Eigenschaften der farbstoff-sensibilisierten Solarzelle aus. In der vorliegenden Erfindung ist es daher bevorzugt, daß es im wesentlichen keine Diffusion von Chlor, das im transparenten, leitfähigen, als Hauptkomponente Zinn umfassenden Film verbleibt, in die Titanoxidschicht hinein gibt. Ein solcher Film kann gebildet werden, indem die Bedingungen, unter welchen der Film gebildet wird, angemessen eingestellt werden.
Wenn die Bedingungen erfüllt werden, daß die Fluorkonzentration im transparenten, leitfähigen, als Hauptkomponente Zinn umfassenden Film 0,2 Gew.% nicht überschreitet, und daß die Röntgenbeugungsintensitäten des transparenten, leitfähigen Films die oben genannten Beziehungen erfüllen, und eine weitere Bedingung, daß im wesentlichen keine Diffusion von im transparenten, leitfähigen, als Hauptkomponente Zinn umfassenden Film verbleibendem Chlor in die Titanoxidschicht hinein stattfindet, ebenfalls erfüllt ist, kann eine farbstoff-sensibilisierte Solarzelle mit noch mehr hervorragender Leistung erhalten werden. "Im wesentlichen keine Diffusion" bedeutet, daß wenn das Häufigkeitsverhältnis der Titanoxidschicht zur Zinnoxidschicht 1:1 beträgt, das Verhältnis (C2/C1) der Chlorkonzentration (C2) dort wo das Häufigkeitsverhältnis von Titanoxid zu Zinnoxid 1:1 beträgt zur Chlorkonzentration (C1) in der Hauptmasse des Zinnoxids weniger als 0,5 beträgt. Insbesondere ist bevorzugt, daß die Chlorkonzentration in der Titanoxidschicht gleich oder weniger als 0,2 Gew.% beträgt.
In der vorliegenden Erfindung besitzt der transparente, leitfähige Film, der Zinnoxid als Hauptkomponente umfaßt, vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 0,3 bis 1,0 μm. Bezüglich eines Verfahrens zur Bildung eines Films wird es bevorzugt, den transparenten, leitfähigen, als Hauptkomponente Zinn umfassenden Film durch eine pyrolytische Oxidationsreaktion an das transparente Substrat anzuhaften.
Die Konzentrationen von Fluor und Chlor im FTO-Film können durch einen Elektronenstrahlmikrosondenanalysator (EPMA) bestimmt werden. Das Profil in der Tiefenrichtung des Films kann durch ein Sekundärionen-Massenspektrometer (SIMS) bestimmt werden. Die Orientierung des FTO-Kristalls kann durch ein Röntgendiffraktometer bestimmt werden. Im Fall von Zinnoxid können die Hauptpeaks, die in einem Röntgenbeugungsmuster erscheinen, geordnet nach zunehmendem Beugungswinkel, den (110)-, (101)-, (200)-, (211)-, (220)-, (310)- und (301)-Ebenen zugeordnet werden. Unter diesen führen die (110)-, (200)- und (211)-Ebenen zu Peaks mit besonders hoher Intensität, und diese Intensitätswerte der Beugungspeaks können als Leitlinie für die Orientierung des FTO-Kristalls herangezogen werden.
Wenn farbstoff-sensibilisierte Solarzellen hergestellt werden, indem die Fluorkonzentration im Zinnoxidfilm verändert wird, um den Umwandlungswirkungsgrad zu untersuchen, wird festgestellt, daß Solarzellen mit einem relativ niedrigen Fluorgehalt einen hohen Wirkungsgrad aufweisen. Des weiteren kann Chlor, das ein unzersetzter Rückstand eines Ausgangsmaterials ist, durch SIMS-Analyse nachgewiesen werden. Man hat nun festgestellt, daß der Wirkungsgrad der Solarzelle nur dann herabgesetzt wird, wenn Chlor in die Titanschicht hineindiffundiert. Im Hinblick auf Kristallebenen von Zinnoxid (vgl. Röntgenbeugung) ist in Filmen, welche eine relativ stark bevorzugte (110)- oder (211)-Orientierung besitzen, die Oberfläche sehr uneben, und der Wirkungsgrad der Solarzelle ist verschlechtert. Im Fall einer bevorzugten (200)-Orientierung kann, sogar wenn die bevorzugte Orientierung stark ausgeprägt ist, der Wirkungsgrad der Solarzelle, weil die Oberfläche glatt ist, möglicherweise gut sein. Wenn die bevorzugte Orientierung zu stark ausgeprägt ist, ist festgestellt worden, daß der Umwandlungswirkungsgrad herabgesetzt ist, wobei man davon ausgeht, daß dies auf die Herabsetzung der Lichtdurchlässigkeit zurückzuführen ist.
Es gibt verschiedene Verfahren, mit welchen ein transparenter, leitfähiger FTO-Film erhalten werden kann, wie beispielsweise Sprühverfahren, CVD-Verfahren, Zerstäubungsverfahren oder Tauchverfahren. Unter diesen Verfahren führen das Sprühverfahren und das CVD-Verfahren zu einem Film mit hervorragenden Eigenschaften, und beide sind auch wirtschaftlich und werden weithin als Filmerzeugungsverfahren verwendet. Als in diesen Verfahren verwendetes Zinn-Ausgangsmaterial werden im allgemeinen SnCl₄, (C_nH_2n+1)₄Sn (hier n = 1 bis 4), C₄H₉SnCl₃, (CH₃)₂SnCl₂ etc. verwendet. Als Ausgangsmaterial für die Fluor-Dotierung wird im Sprühverfahren oft NH₄F verwendet. Im CVD-Verfahren werden hierfür oft HF, CCl₂F₂, CHClF₂, CH₃CHF₂, CF₃Br etc. verwendet.
Wenn ein FTO-Film unter Verwendung dieser Ausgangsmaterialien gebildet wird, kann die Menge an Fluor im Film variiert werden, indem der Anteil an Dotand-Ausgangsmaterial, das gemäß den Filmbildungsbedingungen eingeführt wird, verändert wird. Im Hinblick auf die Filmbildungsbedingungen sind, zusätzlich zu den oben genannten Bedingungen, die Temperatur des Substrats während der Filmbildung und die Menge an Wasser, welches ein Oxidationsmittel ist, auch von Bedeutung. Obwohl der Reaktionsmechanismus noch nicht klar ist, vermutet man, daß die Mengen an Fluor und Chlor im Film in einer engen Beziehung zur Dissoziation von aus einem Ausgangsmaterial stammendem Chlor aufgrund einer Hydrolysereaktion stehen. Eine Kontrolle über die Kristallebenen kann auch erreicht werden, indem die Sauerstoffoxidationsreaktion und die Hydrolysereaktion kontrolliert werden.
Die vorliegende Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf Beispiele im Detail erläutert. In den Beispielen wurde der Flächenwiderstand unter Verwendung einer Vierpolwiderstandsmessers gemessen. Das Kurzschlußstromverhältnis ist ein Wert, der ausgedrückt wird durch (Kurzschlußstrom des verbesserten Produkts)/(Kurzschlußstrom des herkömmlichen Produkts). Das Leerlaufspannungsverhältnis ist ein Wert, der ausgedrückt wird durch (Leerlaufspannung des verbesserten Produkts)/(Leerlaufspannung des herkömmlichen Produkts). Das FF-Verhältnis ist ein Wert, der ausgedrückt wird durch (FF des verbesserten Produkts)/(FF des herkömmlichen Produkts). Der Umwandlungswirkungsgrad wurde unter Verwendung eines Pikoamperemeters und einer stabilisierten Gleichstromquelle mit einer Potentialabtastfunktion gemessen. All diese Werte werden als relativer Wert ausgedrückt, wenn die Leistung eines herkömmlichen Produkts (eines Films, der durch eine Umsetzung unter Verwendung hauptsächlich von in der Luft enthaltenem Sauerstoff gebildet wurde, mit der Folge, daß die Fluor- und Chlorgehalte im Film nicht angemessen kontrolliert sind und beide 0,2 Gew.% überschreiten, und der Kristall daher eine bevorzugte (200)-Orientierung besitzt) als 1 definiert wird.
Beispiele 1 bis 4 und Vergleichsbeispiele 1 bis 6
Ein Stück Borsilikatglas mit den Dimensionen 30 mm × 30 mm und einer Dicke von 1 mm wurde gewaschen und gut getrocknet, womit ein Substrat aus Glas bereitgestellt war. Ein transparenter, leitfähiger Film wurde wie folgt auf der Oberseite dieses Substrats gebildet. Ammoniumfluorid wurde zu einer Lösung von n-Butyl-zinntrichlorid in einer Mischung aus Wasser und Ethanol zugegeben, und ein FTO-Film wurde durch eine Sprühmethode unter Verwendung eines gemischten Gases aus Stickstoffgas und Sauerstoffgas hergestellt, währenddessen das Mischverhältnis von Wasser und Ethanol, das Mischverhältnis von Stickstoffgas und Sauerstoffgas und die Temperatur, bei der das Glas erwärmt wurde, verändert wurde. Die so erhaltenen FTO-Filme besaßen eine Filmdicke von 0,36 bis 0,9 μm und einen Flächenwiderstand von 6,1 Ω/⎕ bis 13,4 Ω/⎕. Die Menge an Fluor in den transparenten, leitfähigen Filmen wurde unter Verwendung eines EPMA quantitativ gemessen, und die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angeführt.
In den oben erhaltenen FTO-Filmen wurde die Menge an Chlor gemessen, die in die Titanoxidschicht hineindiffundiert war. Diese Messergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 1 angeführt. 1 zeigt ein durch SIMS erhaltenes Chlorprofil in der Tiefenrichtung für eine Probe aus Vergleichsbeispiel 6 in Tabelle 1. Sie zeigt auch durch SIMS erhaltene Titan- und Zinnprofile in der Tiefenrichtung von der Titanoxidoberfläche zur Zinnoxidschicht (die Filmdicke wurde bei 1 μm oder weniger eingestellt, um die Messung zu ermöglichen) für die Probe von Vergleichsbeispiel 6. Die Häufigkeitsverhältnisse von Titan und Zinn werden als % ausgedrückt und Chlor wird unter Verwendung der EPMA-Ergebnisse als ein zu einem Gewicht (Gew.)% umgerechneter Wert ausgedrückt.
Bezüglich des oben erhaltenen FTO-Films wurde die Kristallorientierung auf dem Film durch Röntgenbeugung gemessen, und die Verhältnisse der Beugungsintensitäten der den (110)-, (200)- und (211)-Ebenen zuzuordnenden Peaks, bezogen auf die Summe der drei Peaks, wurden berechnet. Die Ergebnisse sind auch in Tabelle 1 angeführt.
Das mit dem so erhaltenen FTO-Film ausgestattete Glas wurde gewaschen und gut getrocknet, daraufhin mit einer Paste aus Titanoxid-Mikropartikeln auf einer Fläche von 0,5 cm × 1 cm durch ein Rakelverfahren beschichtet und für 1 Stunde einer Temperaturbehandlung in einem elektrischen Ofen bei 450°C ausgesetzt, wodurch ein poröser Titanoxidfilm gebildet wurde. Der so erhaltene poröse Film besaß eine Dicke von ungefähr 16 μm. Dieser poröse Film wurde für etwa 13 Stunden in eine Ethanollösung, die N3-Farbstoff (RuL₂(NCS)₂, L:
4,4'-Dicarboxy-2,2'-bipyridin) enthielt, getaucht, wodurch die Mikropartikel durch den Farbstoff modifiziert wurden. Dieser Film wurde versiegelt, unter Verwendung eines 50-μm- Abstandsstücks, mit ITO oder FTO mit einem durch ein Zerstäubverfahren darauf ausgebildetem Platinfilm als Gegenelektrode. Ein Elektrolyt, der auf 250 ml I₂ und 580 mM t-BuPy in Acetonitril eingestellt war, wurde in diese Zelle eingefüllt, wodurch eine Zelle gebildet wurde.
Die Eigenschaften der Solarzelle wurden durch Bestrahlung der farbstoff-sensibilisierten Solarzelle mit simuliertem Sonnenlicht (AM 1,5, 100 mW/cm²), unter Verwendung eines Sonnensimulators, gemessen. Verschiedene Eigenschaften der Solarzelle, wie beispielsweise der Umwandlungswirkungsgrad (werte bezogen auf jene eines herkömmliches Produkts), sind ebenfalls in Tabelle 1 angegeben.
Die farbstoff-sensibilisierte Solarzelle, worin die transparente Elektrode der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist hervorragend bezüglich Solarzellencharakteristika wie beispielsweise des Umwandlungswirkungsgrads, und es wird daher erwartet, daß sie als Solarzelle der nächsten Generation eine weite Verbreitung finden wird.

Claims

Farbstoff-sensibilisierte Solarzelle, umfassend eine transparente Elektrode, umfassend: ein transparentes Substrat; einen transparenten, leitfähigen Film, der auf die Oberseite des transparenten Substrats aufgebracht ist, worin der transparente, leitfähige Film als Hauptkomponente Zinnoxid umfaßt; und eine kompakte Titanoxidschicht und/oder eine poröse Titanoxidschicht, die auf die Oberseite des transparenten, leitfähigen Films aufgebracht ist; (1) worin der transparente, leitfähige Film, der Zinnoxid als Hauptkomponente umfaßt, eine Fluorkonzentration besitzt, die 0,2 Gew.% nicht überschreitet, und (2) worin der transparente, leitfähige Film in einem von ihm erzeugten Röntgenbeugungsmuster Beugungspeaks besitzt, welche den (110)-, (200)- und (211)-Ebenen zugeordnet werden können, welche die folgenden Bedingungen (a) und (b) erfüllen: (a) die Verhältnisse sowohl der (110)- als auch der (211)-Beugungsintensitäten, bezogen auf die Summe der Beugungsintensitäten der drei Ebenen, sind größer als 0,25 und kleiner als 0,4, und (b) das Verhältnis der (200)-Beugungsintensität, bezogen auf die Summe der Beugungsintensitäten der drei Ebenen, ist größer als 0,25 und kleiner als 0,5.
Farbstoff-sensibilisierte Solarzelle gemäß Anspruch 1, worin im wesentlichen keine Diffusion von im transparenten, leitfähigen Film, der Zinnoxid als Hauptkomponente umfaßt, verbleibendem Chlor in die Titanoxidschicht hinein erfolgt.
Farbstoff-sensibilisierte Solarzelle gemäß Anspruch 1 oder 2, worin der transparente, leitfähige Film, der Zinnoxid als Hauptkomponente umfaßt, eine Dicke im Bereich von 0,3 bis 1,0 μm besitzt.
Farbstoff-sensibilisierte Solarzelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, worin der transparente, leitfähige Film, der Zinnoxid als Hauptkomponente umfaßt, durch eine pyrolytische Oxidationsreaktion an die Oberseite des transparenten Substrats angehaftet ist.