TW200933957A - Electrolyte composition and photoelectric conversion element using the same - Google Patents

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200933957 六、發明說明： 發明領域 本發明係有關於一種電解質組成物及使用該組成物之 5 光電轉換元件。 本發明係根據2〇〇7年11月30日於日本所申請之特願 2007 —311352號主張優先權，且在此援用其内容。 【先前技術3 ® 發明背景 10 色素增感型太陽電池一般為瑞士之格雷策爾（Graetzel) 等人所揭示之結構，該色素增感型太陽電池係具有轉換效 • 率高且製造成本低等優點，作成新型太陽電池是引人注目 的（例如參照專利文獻1、非專利文獻1)。 色素增感型太陽電池之概略構造包括：作用電極，係 15 於透明導電性電極基板上具有由二氧化鈦等氧化物半導體 ❺ 微粒子（奈米粒子）所構成且業已載持光增感色素之多孔質 膜者；及相對電極，係設置成與該作用電極相對向者，又， 含有氧化還原偶之電解質係填充於該等作用電極與相對電 極間。此種色素增感型太陽電池係藉由業已吸收太陽光等 入射光之光增感色錢氧化物半導雜粒子增感，並具有 作成將包含有可見光之光能轉換成電力之光電轉換元件的 機能。 在以往所使用將乙腈等作為溶劑之揮發性電解液中， 特別疋在戶外等長期使用時會產生電解液之揮發，因此， 3 200933957 單元特性劣化且作成元件要確保充分之使用壽命是困難 的。於耐久性評價中’舉例言之，若為非晶太陽電池等， 則於85°C、85%RH濕熱環境暴露下或—4〇。(：至9(TC之溫度 循環下必須要有1000小時以上之安定性，對此，受到注目 5 的是嘗試藉由於電解液中應用不揮發性且具有高電荷傳輸 能力之離子液體來解決溶劑揮發之問題（例如參照非專利 文獻2)。 為了得到能量轉換效率高且於高溫環境下使用時能量 轉換效率亦不會降低之光增感型太陽電池，揭示有一種含 10 有咪唑鹽、大於l〇wt%且為50wt%以下之水或醇及碘的電解 質組成物(例如參照專利文獻2)。 [專利文獻1]日本專利第2664194號公報 [專利文獻2]曰本專利公開公報特開2〇〇2_289267號公報 [非專利文獻1]麥可.格雷策爾Graetzel)等人，自 15 然（Nature)雜誌’（英國），1991年，第737號，p . 353 [非專利文獻2]艾努.帕帕格奥吉奥(n . papageorgi〇u) 等人電化學學會期刊(J . Electrochem . Soc ·)，（美國）， 1996年’第 143(10)號，p . 3〇99 【^^明内溶1】 20 發明揭示 發明欲解決之課題 然而’一般而言，由於離子液體之黏度比乙腈等揮發 性溶劑高’因此於電解質内之電荷傳輸速度慢，相較於使 用揮發性電解液者，會具有輸出降低之問題。雖然亦積極 200933957 已兼具低黏度 ，然而，情況是業 —部分，且並去括 部分，且並未述揮發性 體，然而，

但要確保耐久性卻未必容易。 嘗試降低離子液體之勒度 與安定性之材料不過限於 電解液之黏度水準。 又，亦一 響，雖然初期性能會提昇， 亦嘗尤⑨合其他揮發性溶劑u卻仍然 避免掉溶劑成分之揮發，特別是在前述嚴苛之耐久試驗 10 15 參 20 下，要維持安定之耐久性是困難的。 本發明係有鑑於前述問題，目的在提供一種初期性能 尚且耐久性優異之電解質組成物及使用該組成物之光電轉 換元件。 用以解決課題之手段 為了解決前述問題，發明人針對在電解質組成物中包 含有溶劑時要維持安定之耐久性會變得困難的原因反覆銳 意研究之結果，認為溶劑之揮發性，特別是其蒸氣壓高者 為主要原因，又，發明人進而反覆研討’發現可藉由以下 發明解決前述問題。 本發明之電解質組成物係含有離子液體與溶劑者， 又，前述溶劑包含有由環丁颯及其介電體之至少一者所構 成之含有物，且該含有物之含量相對於該電解質組成物之 全量為5質量％至40質量％。 本發明之光電轉換元件係具有前述電解質組成物作為 電解質。 5 200933957 發明效果 若藉由本發明，則可提供一種初期性能高且耐久性優 異之電解質組成物及使用該組成物之光電轉換元件。 圖式簡單說明 5 第1圖係顯示本發明光電轉換元件之一實施形態之截 面圖。 【實施方式3 用以實施發明之最佳形態 以下根據實施形態詳細說明本發明。 10 本發明之電解質組成物係含有離子液體與溶劑者， 又，前述溶劑包含有由環丁颯及其介電體之至少一者所構 成之含有物，且該含有物之含量相對於該電解質組成物之 全量為5質量％至40質量％。 於本發明中所使用之離子液體並無特殊之限制，可列 15 舉如室溫下為液體之常溫熔鹽。 常溫熔鹽之陽離子可列舉如：由咪唑系陽離子、吡咯 烷系陽離子、吡啶系陽離子、銨系陽離子、鱗系陽離子、 硫系陽離子等所構成之鹽類。 舉例言之，咪唑系陽離子可列舉如：1,3 —二甲咪唑陽 20 離子、1 —乙一3_甲味°坐陽離子、1 _丙一3 —甲味11坐陽離 子、1 —丁一 3 —甲咪唑陽離子、1—己一 3 —曱咪唑陽離子、 1 _辛一 3 —甲p米唾陽離子、1 _癸一 3 —甲β米σ坐陽離子、1 — 乙一2,3 —二甲咪唑陽離子、1 — 丁一 2,3 —二甲咪唑陽離 子、1 —苯甲_3—甲咪唑陽離子等。 200933957 舉例言之，吡咯烷系陽離子可列舉如：1_丁一1一曱 吡咯烷陽離子、1—己一1—甲吡咯烷陽離子、1_辛一1 — 曱吡咯烷陽離子等。 5 ❿ 10 15 參 20 舉例言之，吡啶系陽離子可列舉如：1一乙吡啶陽離 子、1 一 丁°比°定陽離子、1 —己吼*1定陽離子、1 — 丁 _ 3 —曱 0比咬陽離子、1 — 丁 一4 —甲0比0定陽離子、1 — 丁 一 3,4 —二 曱吡啶陽離子、1 —丁一3,5 —二曱吡啶陽離子等。 舉例言之，銨系陽離子可列舉如：乙銨陽離子、丁銨 陽離子、三丁銨陽離子、四丙銨陽離子、四丁銨陽離子、 三甲丙銨陽離子等。 舉例言之，鱗系陽離子可列舉如：三己（十四基)鱗陽離 子、四丁鱗陽離子、三丁(2—曱氧乙基)鱗陽離子等。 舉例言之，硫系陽離子可列舉如：三乙硫陽離子、三 丁硫陽離子等。 舉例言之，常溫熔鹽之陰離子可列舉如：由碘化物 (iodide)陰離子、雙（三氟甲磺醯）亞胺陰離子、雙（氟磺醯) 亞胺陰離子、二氰醯胺陰離子、硫氰酸鹽（硫氰酸）陰離子、 四氰硼酸鹽（四氰硼酸）陰離子、三氰甲烷陰離子、氯化物 (chloride)陰離子、溴化物(bromide)陰離子、六氟填酸鹽（六 氟磷酸）陰離子、四氟硼酸鹽（四氟硼酸）陰離子、磷酸二曱 酯陰離子、三氟甲烷磺酸陰離子、硫酸乙酯（乙硫酸）陰離子 等所構成之鹽類。 該等鹽類可混合、使用一種或二種以上。 於本發明中所使用之溶劑包含有由環丁颯及其介電體 7 200933957 之至v —者所構成之含有物，且該溶劍 削之崧軋壓越低越理 想，特別是由於環丁砜及其介電體夕甘产 _ 电歷之蒸氣壓非常低，因此 可有效地抑制溶劑揮發，且可維持安^ 又'疋之耐久性。 具體而言，包含於溶劑中之環丁石風係四i 氧化物、四亞甲基;6風。 ’ 包含於溶#1巾之環頂魅物並鱗殊之限制 ，舉例 言之，宜為3-甲環丁颯、2,4一二甲環丁石風、2_氣環丁石風、 3-氟環丁礙、3,4-祕丁碾、2,2‘氟環丁颯、2一丙基 氟環丁颯、2 —乙基氟環丁颯、4,5〜二氣一 3一甲嗔吩以 10 —二氧化物、3’4~環氧四氫噻吩〜丨」—二氧化物、2一肀 四氫噻吩1,1 —二氧化物、四氫噻吩〜3—醇〆丨〗一二氧化 物、3 —環丁稀硬、2,4—二曱—3、環丁稀礙、反_34一> 羥四氫噻吩一1，1~二氧化物、3—氣—2,5一 >氫噻吩一1;1 —二氧化物、N，N—二甲四氫—3 —噻吩胺1,1 一二氧化物、 15 4_氣_ 1,1 —二氧代一四氫噻吩—3__醇、一二氫一3〆 硫氰酸酯噻吩一1，1 一二氧化物等。 該等環丁砜與其衍生物可混合、使用—種成二種以上。 由環丁砜及其介電體之至少一者所構成之含有物之含 量相對於電解質組成物之全量為5質量％至質量％，且轉 20 為理想的是8質量％至25質量％，更為理想的是10質量 20質量％。若該含有物之含量相對於電解質組成物之全责 小於5質量。/〇’則無法得到充分之添加效果，男〆方面，# 該含有物之含量相對於電解質組成物之全責大於40質耋 %，則無法期盼添加效果之增大，反而更擔心會增強溶劑 200933957 之揮發。 5

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20 由環丁颯及其介電體之至少一者所構成之含有物之含 量宜為8質量％至25質量％的理由係由於若該含有物之含量 為該範圍内，則可得到能兼顧因黏度降低所帶來的初期性 能之增大及因抑制揮發所帶來的财久性之效果之故。再 者，該含有物之含量更宜為10質量％至20質量％的理由係由 於可得到更進一步能兼顧因黏度降低所帶來的初期性能之 增大及因抑制揮發所帶來的耐久性之效果之故。 於本發明之電解質組成物中，雖非必要成分，但可添 加氧化縣偶㈣GX eGupie)，氧化還原偶宜於將本發明之 電解質組成減隸色切—太陽f料時添加。 祕還㈣亚無特殊之限制，然而，宜使用由峨化物 離子(π、溴化物離子(B〇、氯化物離子(cr)等齒化物離 子與I9、m、Cl2l-、Cllr、__、邮—等多 鹵化物離子所構成之_素系氧化還原偶。 =素系氧化還原偶係例如氧化還原偶可添加v峨 二。臭/漠化物離子等對偶而取得，蛾化物離子或 ^化物離子之供給源可單獨或複合使驗鹽、 鹽、四丁銨鹽等。 ^發明之铸質組絲中，依需要可在不會破壞電 解質組成物之性質或特性之 N_ ® . 圍内，添加tert—丁基吡啶、 甲苯并咪唾、胍鹽等各種添加物或溶劑。 二:ΓΓ_成物中，依需要亦可適當地添加 网刀子膠㈣、低分子膠凝劑、各種奈米粒子、奈米碳管 9 200933957 等膠凝劑’藉此，構成似固體化而作成所謂凝膠電解質。 又’在作成本發明之電解質組成物時，宜構成於無塵室内、 套手工作箱内在乾燥狀況下進行等而除去異物或水等雜 質。 5 前述電解質組成物宜使用作為例如於色素增感崔太陽 電池等光電轉換元件中所使用的電解質。 於習知電解質組成物中所使用之溶劑時，由於黏度高 且元件之初期性能未提升或耐久性不足，因此，隨著時間 的經過，會有電解質之導電性降低且光電轉換元件之光電 10 轉換特性變差的問題，相對於此，於前述電解質組成物中， 如下述實施例所示，初期性能及耐久性良好，又，於液狀 及凝膠狀中任一者之艎系中，皆可提供初期性能高且耐久 性優異之電解質組成物。 在此，於本說明書中表示初期性能之指標（以下作成初 15期性能指標）係構成對象之電解質組成物的光電轉換效率 初期值（初期轉換效率B)相對於將離子液體作成丨一己一3 _甲咪唑碘化物（以下表示為HMImI)且未添加有溶劑之電 解質組成物的光電轉換效率初期值（基準初期轉換效率A) 之比率乘100的值(初期性能值c)，若以算式表示，則構成 20初期性能值C =初期轉換效率B/基準初期轉換效率AX 100。 表示耐久性之指標（以下作成耐久性指標）係針對構成 對象之電解質組成物在保持於85<t之恆溫槽内且經過1000 小時後所測定的光電轉換效率測定值（丨〇 〇 〇小時後之轉換 10 200933957 ㈣D)相對於前述基準初期轉換效率A之比率乘_值 (耐久性性能值E)，若以糞疰志一

式表不’則構成耐久性性能值E =麵小時後之轉換效率D/基準初期轉換效率ΑΧ· 又，财久性性能值_對於前述初期性能值c之比率乘刚 5的值亦構成顯示耐久性指標之耐久性變化軒，若以算式表 示，則構成对久性性能值h耐久性性能值初期性能值 CxlOO。 纟於前述電解該成物亦可作成凝膠狀，因此，即使 祕質組成物於製造程序或單元破損時等露出，亦不會有 10 漏出（漏液)之虞，且生產性或處理性優異。 其次，說明使用前述電解質組成物之光電轉換元件之 實施形態。 第1圖係顯示作為本發明光電轉換元件之一實施形態 的色素增感型太陽電池之概略構造例截面圖。 15 該色素增感型太陽電池1包括：作用電極6,係於透明 鲁電極基板2上具有由氧化鈦等氧化物半導體微粒子所構成 且業已載持光增感色素之氧化物半導體多孔質骐5者；及相 對電極8，係設置成與該作用電極6相對向者，又，填充有 前述電解質組成物之電解質層7係形成於該等作用電極6與 20 相對電極8間。 透明電極基板2係於玻璃板或塑膠片等透明基材4上形 成由導電材料所構成之導電層3。 透明基材4之材料在用途上宜為透光性高者，除了玻璃 以外’舉例言之’可使用聚對苯二甲酸乙二輯（pET)、聚蔡 11 200933957 二甲酸乙二酯（PEN)、聚碳酸酯（PC)、聚醚砜(PES)等透明 塑膠片等。 若由透明電極基板2之透光率之觀點來看，則導電層3 宜單獨或複合使用複數種類之添加錫氧化銦（ITO)、氧化錫 5 (Sn〇2)、添加氟氧化錫(FTO)等透明氧化物半導體，然而， 並未特別限於該等材料，只要依據透光率及導電性之觀 點’選擇、使用適合於使用目的之適當材料即可。又，為 了提升發電電流之集電效率，亦可以不會明顯地破壞透明 電極基板2之透光率之範圍的面積率，併用由金、銀、鉑、 约 10 銘、鎳、鈦等所構成之金屬配線層，使用金屬配線層時， 可配置成格子狀、帶狀、梳狀等任意形狀以取得集電效率 與入射光量之平衡。 形成導電層3之方法可依照導電層3之材料使用公知之 適當方法，舉例言之，由1丁〇或1^〇等氧化物半導體形成導 15 電層3時，可列舉如濺鍍法、CVD法、SPD法(喷霧熱分解堆 積法）、蒸鍍法等薄膜形成法，又，若考慮透光性與導電性， 則導電層3通常會形成為〇 05"^至2.0y m之膜厚。 ◎ 氧化物半導體多孔質膜5係下述多孔質薄膜，即：將複 合有二氧化鈦(Ti〇2)、氧化錫（如仏）、氧化鎢(w〇3)、氧化 20鋅(Zn〇)、氡化鈮(NhO5)等之1種或2種以上且平均粒徑lnm 至lOOOnm之氧化物半導體微粒子作為主成分，同時厚度為 〇.5//111至50#111者。 形成氧化物半導體多孔質膜5之方法，舉例言之，可應 用下述方法，即：將業已使市售氧化物半導體微粒子分散 12 200933957 .⑽㈣之分散介質的分散液，或可藉由溶膠—凝膠法來 調整的膠態溶液在依需要添加所期望之添加劑後藉由網 版印刷法、喷墨印刷法、親塗法、刮刀法、旋塗法、噴霧 ’塗布法等公知方法來進行塗布並乾燥、培燒。除此以外之 5形成方法係例如可應用下述方法等，即：將電極基板2浸潰 &膠態溶液巾並藉φ電泳使氧化物半導體微粒子附著於電 極基板2上之泳動電附著法；將發泡劑混合於膠態溶液或分 ⑩ 散液巾並進行塗布後，燒結而進行多孔質化之方法。 ㈣&氧化物半導體多孔質膜5之增感色素並無特殊 0之限制，舉例言之，可自具有包含聯吼咬結構、三聯^比咬 、、’。構等之配位子的釕錯合物、鐵錯合物或是㈣系或欽菁 彡金屬錯合物，以及朝紅、玫紅、部花#、f草素等有機 色素之衍生物等中’依照用途或氧化物半導體多孔質膜之 材料適當地選擇、使用。 舉例σ之，相對電極8可使用：於藉由玻璃等非導電性 嚳 #料所構成之基板上形成由ΙΤΟ或FTO等導電性氧化物半 導體所構成之薄膜者；或藉由於基板上將金、始、碳系材 料等導電性材料進行蒸鍍、塗布等而形成電極者。又，亦 2〇可作成於ΙΤ〇或FT0等導電性氧化物半導體之薄膜上形成 銷 '碳、導電性高分子等層體者。 舉例言之，製作此種相對電極8之方法可列舉如：於氣 、酸之塗布後藉由進行熱處理而形成翻層之方法，或，亦 可為藉由蒸鍍法或濺鍍法於基板上形成鉑層之方法。 將藉由前述電解質組成物所構成之電解質層7形成於 13 200933957 作用電極6上之方法並無特殊之限制，舉例言之，可列舉 如：於作用電極6上每次少量地滴下前述電解質組成物之方 法，或’亦可藉由於作用電極6或相對電極8上等塗布電解 質等而形成電解質層7。再者，亦可為利用毛細管現象等於 5 兩電極間之間隙填充前述電解質組成物之方法等，藉由該 等方法，可使電解質組成物於氧化物半導體多孔質膜5之空 隙中良好地浸透、填充。 依前述所得到之本發明之光電轉換元件係由於構成電 解質組成物之溶劑包含有由環丁颯及其衍生物之至少一者 10 所構成之含有物，且該含有物之含量相對於電解質組成物 之全量為5質量％至4〇質量％，因此耐久性優異，且在使用 於色素增感型太陽電池等光電轉換元件時，不會因溶劑之 揮發等而造成電解質之變質或損失，並可達成初期性能高 且耐久性優異之光電轉換特性。又，若將電解質組成物作 15 成凝膠狀’則可抑制來自容器之間隙等的電解質之漏出或 光電轉換元件破損時之散射等，相較於使用液狀電解液 時’可構成耐久性等更優異之光電轉換元件。 又’使用本發明之光電轉換元件所製作之色素增感型 太陽電池不會因溶劑之揮發等而造成電解質之變質或損 2〇 失’並可達成初期性能高且耐久性優異之光電轉換特性。 又’若將電解質組成物作成凝膠狀，則可抑制來自容器之 間隙等的電解質之漏出或光電轉換元件破損時之散射等， 相較於使用液狀電解液時，可構成耐久性等更優異者。 [實施例] 200933957 .「實施例1至實施例16」 <液狀電解質組成物之調製> 使用i —己一3 -甲咪唑碘化物（HMIml)作為離子液 體’且使0.45M之碘、0.1M之硫氰酸胍、0.5M之N—甲苯并 5 味唾溶解於該離子液體中，藉此，調製含有碘/碘化物離 子作為氧化還原偶之電解液。 使表1所示之環丁砜、2-甲環丁砜、3—曱環丁颯、2,4 一二甲―3 —環丁颯、3 —羥環丁颯、3 —環丁烯颯、2,4 — ® 二甲―3 —環丁烯砜中任一者之含量相對於電解質組成物 10 全量如表1所示般分別地加入前述電解液中作為溶劑，並得 到實施例1至實施例16之電解質組成物。 . 於該電解質組成物中，相對於電解質組成物全量，包 含有小於1%為不可避免之雜質的水等。 <有關實施例之光電轉換元件之製作> 15 ❹ 20 藉由網版印刷，於具有FTO膜之玻璃基板的FT〇膜（導 電層）側表面塗布氧化鈦糊(PST21NR，觸媒化成工業公司製 造），且乾燥後以5〇(TC加熱處理1小時，藉此，形成二氧化 鈦多孔質電極。將其浸潰於包含有釕錯合物(N719色素)之 溶液申24小時以上，藉此，使二氧化鈦粒子表面載持增感 色素並製作作用電極。 又’相對電極係準備業已藉由濺鍍法設置由鉑所構成 之觸媒層的FTO玻璃電極基板。 於作用電極與相對電極間配置厚度30//m之熱溶片（海 米藍（HIMILAN) ’三井杜邦多元化學品（du PONT〜 15 200933957 MITSUI POLYCHEMICALS)公司製造），並黏合作用電極與 相對電極。 自電解液注入口將實施例1至實施例16之前述電解質 組成物分別地注入作用電極與相對電極間而形成電解質 5層，並密封注入口而製作構成試驗單元的色素增感型太陽 電池。 另，電解質組成物之注入、密封全部在業已控制為水 分量lppm以下之套手工作箱内進行。 「比較例1至比較例6」 10 <液狀電解質組成物之調製> 與實施例1相同地調製電解液。 使表1所示之環丁颯、γ —丁内酯或碳酸丙烯酯中任一 者之含量相對於電解質組成物全量如表丨所示般分別地加 入該電解液中作為溶劑，並得到比較例1至比較例6之電解 15 質組成物。於该電解質組成物中，相對於電解質組成物全 量，包含有小於丨％為不可避免之雜質的水等。 <有關比較例1至比較例6之光電轉換元件之製作> 除了於作用電極與相對電極間注入比較例丨至比較例6 之前述電解質組成物而形成電解質層以外，與實施例丨相同 2〇 地製作構成試驗單元的色素增感型太陽電池。 <試驗單元之光電轉換特性> 如前所述，針對所製作之各個試驗單元（實施例丨至實 施例16及比較例1至比較例6)，根據前述初期性能指標及前 述对久性指標’測定初期性能值C、耐久性性能值E及财久 200933957 性變化率F。 表1係顯示結果。 200933957

Ph ο ±1 109 112 113 115 114 100 — ON OS Ό ON OS IT) 〇\ 112 114 106 105 114 108 102 115 ^O 00 1¥ m 寸 卜 ί~Η 〇 c〇 <N 寸 CO IT) On 寸 v〇 寸 卜 寸 00 寸 r—Η 寸 〇〇 cn cn cn 寸 r4 m cs o t> <5 o O ο r Ή Ο rn i-H ^•H ^-H 〇 a 卜 <5 Η 寸 ΓΛ o CN ^Τ) vo i-H IT) 00 <N o (N ΓΛ v〇 V) ±1 〇 ^Η fS F—Η cn CO 寸 in ^T) ^-4 ^Ti in (N fN r"H <N »-H T-H (N (N o ^-H 〇 ^•H <N y-^ ro ιη r-Η <N 伞 蘅 ^Tt 00 ο l〇 IT) <N VO <N IT) m o 1〇 in iTi <y~i in o m 00 m ^Ο (Ν 〇 效 窜 卜 裝 % 窜 窜 窜 卜 聆 am m 溜 S 避 蘅 窜 鸾 窜 窜 h 窜 窜 窜 h H h 1 卜 装 1 瓌 H c 裝 Η Η 卜 卜 H 卜 卜 卜 龄 1 卜 cn 墀 H H Η 锼 够 龄 蛘 蛑 龄 蛑 ®- ®- Β- 總 2,4-二甲— 龄 1 1 1 盔 1 <N 1 ΓΛ Ί I 气 ri 1 m 1 m ^· 卜 卜 製 ΗΗ a ΚΉ ε Ι-Η S ΗΗ s HH ε ε ί-Η ε ΗΗ Β ΗΗ s l-H a HH ε t-H 6 h-H ε NH ε ΗΗ ε h-H ε t—l B l-H s HH ε HH B ε (Ή ε η s s s s Η s s s S s s s s s s S s JM W X X K ffi κ X κ X κ κ in X X X CN m 寸 ^o 卜 〇〇 On O CN m 寸 IT) fN m 寸 淘 嫁 诺 遥 雀 衮 餐 Ik IK Ik ik 私ί 如； 和i 如c IK -O -O -Ο -Ο ❹ ❹ 18 200933957 「實施例17」 除了使用1—丙一3 —甲咪唑碘化物（以下表示為PMIml) 作為離子液體以外，與實施例4相同地製作電解質組成物及 構成試驗單元的色素增感型太陽電池。 5 「比較例7」 除了使用PMIml作為離子液體以外，與比較例1相同地 製作電解質組成物及構成試驗單元的色素增感型太陽電 池。 © 如前所述，針對所製作之各個試驗單元（實施例17及比 10 較例7)，根據前述初期性能指標及前述耐久性指標，測定 初期性能值C、耐久性性能值E及耐久性變化率F。 表2係顯示結果。 ❿ 19 200933957 PL. 邀（ 卜 〇 〇 Si 1-H ω 〇 CM Os << l¥ u CN g ±i φΗ <« ^ _ ^ Ο 焕 溶劑 環丁砜 41 鹅 I-H ΗΗ B HH a (-Η 屮 s MA m CL| Ρη 卜 卜 IK Jj

20 200933957 「實施例18」 除了使用1 一乙一3 —甲咪唑雙（三氟甲磺醯）亞胺（以下 表示為EMImFSI)作為離子液體以外，與實施例4相同地製 作電解質組成物及構成試驗單元的色素增感型太陽電池。 5 「比較例7」 除了使用EMImFSI作為離子液體以外，與比較例1相同 地製作電解質組成物及構成試驗單元的色素增感型太陽電 池。 Ο 如前所述，針對所製作之各個試驗單元（實施例18及比 10 較例8)，根據前述初期性能指標及前述耐久性指標，測定 初期性能值C、财久性性能值E及耐久性變化率F。 表3係顯示結果。 ❿ 21 200933957 pH 价 00 00 On •k P-l 迴 Si (N Ο Ο k k u 键 ι〇 Ον Μ CN Ο 1-Η w 吞 φΗ <«> ^ ·4-> in Ο 妙W 溶劑 環丁砜 #- 韜 HH in 55 Pui ε e 屮 磁 W Ι-Η S ΗΗ ω ω 00 QO W -Ο

22 200933957 「實施例19」 除了使用將PMIml與1—乙一3—甲咪唑四氰硼酸鹽（以 下表示為EMImTCB)以PMIml : EMImTCB = 6 : 4之比例來 混合者（以下表示為PMIml + EMImTCB)作為離子液體以 5 外，與實施例4相同地製作電解質組成物及構成試驗單元的 色素增感型太陽電池。 「比較例9」 除了使用PMIml + EMImTCB作為離子液體以外，與比 ® 較例1相同地製作電解質組成物及構成試驗單元的色素增 10 感型太陽電池。 如前所述，針對所製作之各個試驗單元（實施例19及比 較例9)，根據前述初期性能指標及前述耐久性指標，測定 初期性能值C、耐久性性能值E及耐久性變化率F。 表4係顯示結果。 15 ❿ 23 200933957 tin T-H 00 o 3ϋ m a CN ti << u oo Ό ±i (T) F—H φΗ 劑含· (wt%) in 〇 溶劑 環丁砜 碟 PQ m U L-j u L— P S HH a HH + + ΜΛ w HH ε HH S s Cu, S dn On Os 军 %C -Ο

24 200933957 「實施例20」 除了使用將EIMImFSI與1 —乙一3 —曱咪唑硫酸乙酯 (以下表示為EMImEtS)以EIMImFSI : EMImEtS = 6 : 4來混 合者（以下表示為EIMImFSI + EMImEtS)作為離子液體以 5 外，與實施例4相同地製作電解質組成物及構成試驗單元的 色素增感型太陽電池。 「比較例10」 除了使用EIMImFSI + EMImEtS作為離子液體以外，與 Ο 比較例1相同地製作電解質組成物及構成試驗單元的色素 10 增感型太陽電池。 如前所述，針對所製作之各個試驗單元（實施例20及比 較例10)，根據前述初期性能指標及前述耐久性指標，測定 初期性能值C、耐久性性能值E及耐久性變化率F。 表5係顯示結果。 15 ❿ 25 200933957

Ph 跻 ο 寸 ο ?—Η << ω 〇 m On Ο 21 Τ-Η U 00 in T"H ο ，荜 &H 劑含 [wt% in Ο m 溶劑 環丁砜 墉 X/l ω Χ/1 ω B S 黎 § § ω + ω + 屮 HH in 00 Mri m (Xi ε ΙΧ| S s § ω W Ο 冢 ♦c -lJ

26 200933957 「實施例2〗、比較例11」 〈凝耀狀電解質組成物之調製> 與實施例1相同地調製電解液。 5 ❿ 10 15 20 於該電解液巾加人環了赠為溶劑，使環了碱之含量 相對於電解質組成物之全量構成表6所示之值，再者，加入 -氧化碎（Sl〇2)奈米教子使其含量相對於電解質組成物之 全篁構成5質量％，並製作業經似固體化(凝膠狀)之實施例 21及比較例11之電解質組成物。 <光電轉換元件之製作> 為了於作用電極上形成電解質層，將業經似固體化之 前述實施例21及比較例11之各電解質組成物分別塗布於作 用電極之氧化物半導體多孔質膜上，再疊合前述相對電極 並密封，除此料，與實施例1相同地分卿作構成實施例 21之試驗#及比勤之驗單元的色素概型太陽電 池。 <試驗單元之光電轉換特性> 如前所述，針對所製作之各個試驗單元(實施例21及比 較例η)，祕前述初難能储及前述耐久性指標，測定 初期性能值c、耐久性性能值ε及耐久性變化率F。 表6係顯示結果。 27 200933957

跻 ^Τ) 〇 〇 言 W 〇\ *η (N U 1-Η 〇 ID ί-Η (N ，溶 φΐ 一 伞S w % *η 〇 姨 溶劑 環丁砜 雜 • ι·Η 鍥 m —/—S GO 容 <_· /*—* ^给 »Τ) ^ 璣 + + B ε s X X η 雀 餐 aJ

28 200933957 依據表1至表6之結果，若為使用本發明之電解質組成 物，即，於各離子溶液阳河^、pMImI、EMImFsi、 + EMImITCB、EIMlmFSI + EMImEtS、）中使用環丁 砜或其 5 ❹ 10 15 ❹ 20 介電體作為溶劑且環丁砜或其介電體之含量相對於電解質 組成物全量為5質量％以上、4〇質量％以下之電解質組成物 的實施例1至實施例21之試驗單元，則相較於各個比較例1 至比較例11，可得到良好之初期性能與耐久性。 又，由表1之結果可知，若環丁砜之含量相對於電解質 組成物之全量小於5質量％，則效果會減少。 <大面積之光電轉換元件之製作> 藉由網版印刷，於14〇mmxl4〇mm具有FT〇膜之玻璃基 板的FTO膜（導電層）側表面塗布氧化鈦糊服，觸媒 化成工業公司製造），且乾燥後以·。c加熱處理丨小時，藉 此’形成氧化鈦多孔質層。同時，於基板上形成由銀之印 刷電路所構成之集電配線，且將該集電配線之電路寬度作 成300"m，並將膜厚作成1()_，為了避免因破電解液所 造成之腐銀配線韻由緻密保龍來覆蓋。將其浸潰 於包含有釕錯合物_9色素）之溶液㈣小時以上藉 此，使二氧化鈦粒子表面载持增感色素並製作作用電極。 又相對電極係準備業已藉由賤鑛法於厚度4〇,之欽 箔上設置由鉑所構成之觸媒層者。 為了於作用電極上形成電解質層，將業經似固體化之 前述實施例21及比較例11之各電解質組成物分㈣布於作 用電極之氧化物半導體多孔質膜上，再疊合前述相對電極 29 200933957 並岔封。藉由以上步驟，分別地製作構成實施例之試驗單 元與比較例之試驗單元的色素增感型太陽電池。 另，電解質組成物之注入、密封全部在業已控制為水 分量lppm以下之套手工作箱内進行。 5 10 15 20 <試驗單元之光電轉換特性> 測定依前述所製作之試驗單元之光電轉換特性。 針對该試驗單元’測定光電轉換效率之初期值(初期轉 換效率）與保持於85t之值溫槽内且經過1〇〇〇小時後之光

電轉換效率，並比較初期值與經過丨麵小時後之值。 其結果，於該實施例之試驗單元中，可得到良好之輸 出、安定性。 由以上結果可知，於液狀電解質組成物及凝膠狀電解 質組成物中任—者之體系中，若皆為使用由環T硬及其介 電體之至者所構成之含有物作為溶劑且該含有物之含 量相對於電解質組成物全量為5質量％至40質量％的電解質

組成物，則在將本發明之電解質組成物應用於大面積之光 電轉換元件時’亦可制安定之特性。 」知右為使用由環丁碾及其介電體之至少一者 構成之含有物作為溶劑且該含有物之含量相對於電解質 成物全量為8質量％至25質量％的電解質組成物則可得 月b兼顧因黏度降低所帶來的初期性能之增大及因抑 所帶來的耐久性之效果。 再者，可知若為使用由環丁砜及其介電體之至少— 所構成之含有物作為溶劑且該含有物之含量相對於電解 30 200933957 組成物全量為1〇質量％至20質量％的電解質組成物，則可得 到更進一步能兼顧因黏度降低所帶來的初期性能之增大及 因抑制揮發所帶來的耐久性之效果。 即，可確認利用本發明之電解質組成物之有效性。 5 產業之可利用性 本發明之電解質組成物宜使用作為例如於色素增感型 太陽電池等光電轉換元件中所使用的電解質，此外，作成 具有電或電化學作用之各種元件的電解質時亦可期待有用 性。 10 【圖式簡單說明】 第1圖係顯示本發明光電轉換元件之一實施形態之截 面圖。 【主要元件符號說明】 ' 1...色素增感型太陽電池(光電 5…業已載持色素之氧化物半 轉換元件） 導體多孔質膜 2...透明電極基板 6...作用電極 ❿ 3.. .導電層 4.. .透明基材 7.. .電解質層 8.. .相對電極 31

Claims (1)

1. 200933957 七、申請專利範圍： 1. 一種電解質組成物，係含有離子液體與溶劑者，又，前 述溶劑包含有由環丁砜及其介電體之至少一者所構成 之含有物，且該含有物之含量相對於該電解質組成物之 5 全量為5質量％至40質量％。 2. —種光電轉換元件，係具有如申請專利範圍第1項之電 解質組成物作為電解質者。

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