TWI568006B - 色素增感太陽能電池用光電極及色素增感太陽能電池 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種色素增感太陽能電池用光電極及色素增感太陽能電池。
本申請案係在2012年10月23日，根據在日本提出申請的特願2012-233755號而主張優先權，於此處援用其內容。
色素增感太陽能電池係由瑞士Graetzel等人所開發者，相較於其他一般電池，其具有光電轉換效率高、製造成本便宜等之優點。作為該色素增感太陽能電池，例如習知顯示於非專利文獻1或專利文獻1之構造。
專利文獻1所揭示的色素增感太陽能電池係積層下列構造而形成：藉由一在塑膠製之透光性載體(基材)上形成透明導電層而成之透光性基板與配置於透光性基板上之光電轉換層(載持增感色素之氧化物半導體多孔膜)所構成的色素增感太陽能電池用光電極(以下稱為「光電極」)、電解質部分、及對電極。
使用塑膠製基材之色素增感太陽能電池，由於其能夠藉由適當設定基材之厚度或材質而折彎或捲圓
，故被期待應用於各種領域，惟若光電轉換層與透光性基板之密合性不足時，於進行彎曲等之際，將有光電轉換層從透光性基板剝離之問題。
為了解決該問題，專利文獻2與3記載藉由將含有烷氧基金屬(metal alkoxide)之溶液塗布於透明導電層上，並燒結而形成緩衝層。
[專利文獻1]國際公開第2007/100095號公報
[專利文獻2]日本特開2011-233376號公報
[專利文獻3]日本特開2011-142028號公報
[非專利文獻1]Nature, 353, p.737-740, 1991
然而，雖然上述之緩衝層會提高光電轉換層與透光性基板之密合性，但由於導電性低，而有光電極之電阻上升，並使色素增感太陽能電池之性能降低的問題。
本發明之目的係提供色素增感太陽能電池用光電極及色素增感太陽能電池，其一面將電阻保持於低之狀態，一面提高光電轉換層與基材之密合性。
本發明之第一形態係一種色素增感太陽能電池用光電極，其特徵為其具備：在透光性之基材上形成透明導電層而成之透光性基板；包含導通部與塗布層之密合層，該導通部係形成於該透明導電層上且包含導電性粒子，該塗布層係以含有塗布烷氧基金屬之步驟所形成且其被覆複數之該導電性粒子；及使用功能性半導體中載持有增感色素之光電轉換材料且形成於該密合層上之光電轉換層。
該密合層可具有多孔質構造。
又，該基材可以塑膠形成。
本發明之其他色素增感太陽能電池用光電極，其特徵為其具備：金屬性之基材；包含導通部與塗布層之密合層，該導通部係形成於該基材上且包含導電性粒子，該塗布層係以含有塗布烷氧基金屬之步驟所形成且其被覆複數之該導電性粒子；及使用功能性半導體中載持有增感色素之光電轉換材料且形成於該密合層上之光電轉換層。
該密合層可具有多孔質構造。
又，該基材可以鈦或不銹鋼形成。
於本發明之其他色素增感太陽能電池用光電極中，該密合層之厚度為5微米以下。
本發明之第二形態之色素增感太陽能電池，其特徵為其具備本發明之色素增感太陽能電池用光電極。
若根據本發明之色素增感太陽能電池用光電極及色素增感太陽能電池，則能夠一面提高光電轉換層與基材之密合性且一面壓低電阻而提高電池性能。
1‧‧‧電池(色素增感太陽能電池)
10‧‧‧色素增感太陽能電池用光電極
11‧‧‧透光性基板
11a‧‧‧基材
11b‧‧‧透明導電層
12‧‧‧光電轉換層
13‧‧‧密合層
15‧‧‧導通部
15a‧‧‧導電性粒子
16‧‧‧塗布層
第1圖係顯示構成具備本發明之色素增感太陽能電池用光電極之色素增感太陽能電池之電池的剖面圖。
第2圖係顯示相同色素增感太陽能電池之光電極的剖面圖。
第3圖之(a)至(c)係顯示相同光電極之製造過程的圖。
第4圖係密合層之由掃描型電子顯微鏡所得之觀察影像(加速電壓1.5kV)。
第5圖係密合層之由掃描型電子顯微鏡所得之觀察影像(加速電壓3.0kV)。
第6圖係顯示構成具備本發明之其他色素增感太陽能電池用光電極之色素增感太陽能電池之電池的剖面圖
以下，針對本發明之一實施形態，將參照第1圖及第2圖而進行說明。第1圖係顯示構成本實施形態之色素增感太陽能電池之電池1的剖面圖。電池1係將本發明之光電極10與對電極20以夾住電解質部分30且對向的方式來配置所構成。
第2圖係顯示光電極10的剖面圖。光電極10係在電池1中作為負極而作用者，其具備：在透光性之基材11a之一側面形成透明導電層11b之透光性基板11、在透明導電層11b上形成之光電轉換層12、及形成於透明導電層11b與光電轉換層12之間而使兩者的密合性提高之密合層13。
能夠使用由玻璃、塑膠等各種材料所構成者作為基材11a，從透光性、耐熱性、耐化學藥品特性等之觀點，塑膠製者例如，較佳為使用板狀或薄膜狀之環烯烴系聚合物、板狀或薄膜狀之丙烯醯基尿素(acrylylurea)系聚合物、板狀或薄膜狀之聚酯、板狀或薄膜狀之聚萘二甲酸乙二酯等。若將塑膠作為基材11a使用，則可將可撓性賦予光電極10，而能夠將其彎曲或捲圓。
能夠使用例如，銦錫複合氧化物(ITO)、摻雜氟之氧化錫(FTO)等作為透明導電層11b。
光電轉換層12係由功能性半導體中載持增感色素之習知光電轉換材料構成。功能性半導體例如，可列舉：TiO2、SnO、ZnO、WO3、Nb2O5、In2O3、ZrO2、Ta2O5、TiSrO3等之氧化物半導體；CdS、ZnS、In2S、PbS、Mo2S、WS2、Sb2S3、Bi2S3、ZnCdS2、CuS2等之硫化物半導體；CdSe、In2Se2、WSe2、PbSe、CdTe等之金屬硫族化物；GaAs、Si、Se、InP等之元素半導體等；也能夠使用例如，SnO與ZnO之複合體、TiO2與Nb2O5之複合體等之包含2種以上該等的複合體。又，半導體之種類並不受該等所限定，也能夠混合2種以上而使用。
其中，較佳為Ti、Zn、Sn、Nb等之氧化物，特佳為TiO2(二氧化鈦)。
增感色素，若為顯示增感作用者，則無特別限定，可列舉：N3錯合物、N719錯合物(N719色素)、Ru三吡啶錯合物(黑色染料)、Ru二酮酸酯錯合物等之Ru錯合物；香豆素系色素、酞青素系色素、多烯系色素等之有機系色素；金屬紫質系色素或酞青素色素等，其中，較佳為Ru錯合物，尤其，由於在可見光區域具有寬的吸收光譜，故較佳列舉：N719色素及黑色染料。
N719色素係以(RuL2(NCS)2‧2TBA)所表示的化合物，Blackdye色素係以(RuL’1(NCS)3‧2TBA)所表示的化合物。其中，L係4,4’-二羧基-2,2’-雙吡啶，L’係4,4’,4”-四羧基-2,2’,2”-三吡啶，TBA係四丁基銨陽離子。該等能夠單獨地或混合2種以上而使用。
還有，於功能性半導體中載持增感色素之際，亦可於密合層13中載持增感色素。若於密合層中載持增感色素時，有助於提高色素增感太陽能電池之性能。
密合層13具有導通部15與塗布層16，該導通部15包含導電性粒子15a，該塗布層16係以含有塗布烷氧基金屬之步驟所形成且其被覆相互接觸的複數導電性粒子15a。
導通部15之至少一部分係通電地連接至透明導電層11b及光電轉換層12二者，而塗布層16係以使其被覆相互接觸的導電性粒子15a之一群的方式來配置。用以形成導通部15之導電性粒子，可列舉：各種金屬及其氧化物，
較佳為例如二氧化鈦等。
塗布層16係藉由於塗布烷氧基金屬後，經由使用溶劑之洗淨、或是燒結或乾燥等去除烷氧化物而形成。在烷氧基金屬中所含之金屬與形成導通部15之導電性粒子的材料可相同，亦可不同。
當塗布層16形成而進行燒結等之加熱處理之情形，係根據基板11之材質而設定適當溫度。例如，基板11為由玻璃構成之情形，可設為700℃以下，較佳為600℃以下，更佳為550℃以下。又，基板11為由塑膠構成之情形，例如可設為150℃以下。還有，基板11為由金屬構成之情形(後述)，為了避免金屬氧化，較佳在500℃以下進行加熱處理。
如上述配置導通部15及塗布層16之密合層13能夠依照各種方法而形成。從第3圖(a)至第3圖(c)顯示其順序之一例。
例如，首先藉由塗布或印刷等將用以形成導通部15之導電性粒子15a以糊料或是分散介質之狀態配置於透明導電層11b上，並經由燒結等而去除溶劑等，來配置導通部15如第3圖(a)所示。此時，視需要可加壓導通部。之後，如第3圖(b)所示，藉由將烷氧基金屬16a塗布於導通部15後，經由洗淨、燒結、乾燥等而去除烷氧化物，能夠形成如第3圖(c)所示，複數之導電性粒子15a被塗布層16所被覆的密合層13。所形成之密合層13係呈現在內部具有許多微細孔隙之介孔隙構造或是三次元網狀構造等之多孔質構造。
又，就其他順序而言，亦可藉由從預先在烷氧基金屬中混合用以形成導通部15之導電性粒子15a後，將該混合材料配置於透明導電層11b上，並進行燒結等之處理而形成密合層13。
但是，若預先僅將烷氧基金屬配置於透明導電層11b上而去除溶劑等時，由於會形成僅由塗布層材料所構成的緻密膜而變得無法如上述配置導通部15，結果會變得無法形成密合層13，故要加以留意。
第4圖及第5圖係由掃描型電子顯微鏡(SEM)所得之密合層13的觀察影像(倍率5萬倍)。第4圖係以加速電壓1.5千伏(kV)觀察，能夠觀察到塗布層，而若使加速電壓上升至3.0kV時，電子束會通過塗布層，則如第5圖所示，能夠觀察內部之導電性粒子。
對電極20係在電池1中作為正極而發揮功能者，其可藉由將具有還原電解質之功能的物質，例如鉑等之金屬或導電性高分子、碳等載持於以ITO、FTO等之導電性金屬氧化物或金屬所形成之基板上而形成。通常，對電極20可由在導電性載體或與其具有同樣的導電性層之載體上設置上述包含金屬或碳、導電性高分子而成之導電性膜而構成，惟若可獲得充分之強度及密合性，則其不必具有載體。
電解質部分30可為液體狀、固體狀、凝固體狀、常溫熔融鹽狀態之任一種。該電解質部分30之厚度可適宜設定，例如能夠作成1至100μm。
又，電解質部分，可使用鈷錯合物。由於相較於使
用碘之情形，使用鈷錯合物之情形會使金屬之腐蝕變得難以發生，故能夠於色素增感太陽能電池內部使用金屬配線等。
將光電轉換層12朝向對電極20側而隔離配置光電極10與對電極20，並將電解質部分30配置於光電極10與對電極20之間，再藉由配線40通電地連接光電極之透明導電層11b與對電極20時，則完成電池1。
在由如上述所構成的本實施形態之電池1的光電極10中，藉由使密合層13之塗布層16化學鍵結於透明導電層11b與鍵結於光電轉換層12，而提高透光性基板11與光電轉換層12之密合性。
雖然如上述所形成之塗布層16的導電性未必高，但由於密合層13中配置有導通部15，故會藉由導通部15而抑制光電極10之電阻增大且抑制電池1之電池性能之降低。
亦即，藉由密合層13具有導通部15與塗布層16，可不使光電極10之電阻上升，而提高透光性基板11與光電轉換層12之密合性。因此，在以塑膠為透光性基板11之基材11a而將可撓性賦予光電極之情形下，不論折彎或捲圓皆能適當抑制光電轉換層12從透光性基板11剝離。其結果，能夠對兼顧可任意使用之優點與高電池性能之電池1的構成貢獻極大。
又，由於係藉由塗布層16被覆透明導電層11b而使密合層13與透光性基板11面接觸，故可適當保持為提高密合性之狀態。
還有，由於密合層13係多孔質構造，且塗布層16被覆複數之導電性粒子15a，故經被覆的一群導電性粒子不易變得分散，會成為一體而動作。因此，可吸收一部分在彎曲或捲圓之際的變形，而減輕對光電轉換層之負荷。
還有，於本發明之光電極中，能夠使用金屬性基材取代透光性基板。此情形下，與透光性基板不同，並無設置導電層之必要。第6圖係顯示使用光電極10A之電池1A，該光電極10A係使用金屬製之基材111。此情形下，只要使用基材11a及透明導電層11b，並使用以使其具有光穿透性的方式構成的對電極120即可。此時，視需要可在透明導電層11b上形成由鉑等所構成的觸媒層。
針對本發明之光電極及色素增感太陽能電池，將利用實施例而進一步說明。首先，例示使用透光性基板之實施例及比較例。
(實施例1)
(光電極1之製作)
將在作為基材11a之PEN膜(厚度200μm)之一側面形成由ITO所構成的透明導電層11b而成者作為透光性基板11使用。將分散於溶劑中之二氧化鈦粒子塗布於透光性基板11之透明導電層11b上，其後在25℃下乾燥30分鐘，以100百萬帕斯卡(MPa)之壓力加壓而配置導通部15。此時之導通部15的厚度為200奈米(nm)。
接著，將作為烷氧基金屬之四異丙氧基鈦塗布於導通部15後，在25℃下乾燥30分鐘。之後，使用1-
丙醇洗淨而形成塗布層16。如此一來，便在透光性基板11之透明導電層11b上形成了密合層13。
接著，將混合有平均粒徑20nm之二氧化鈦粒子與平均粒徑100nm之二氧化鈦粒子的糊料塗布於密合層13上，以100MPa之壓力加壓而作成功能性半導體層。於該功能性半導體層中載持作為增感色素之N719色素而形成光電轉換層12。
還有，二氧化鈦粒子之平均粒徑，係藉由利用刮刀法將含有對象二氧化鈦粒子的乙醇懸浮液塗布於玻璃載片上並乾燥後，測定XRD圖案，並從所得之XRD圖案求得半寬高，利用Scherrer之式(D=K×λ/βcosθ)而算出。其中，於上式中，D係結晶子之長度，β係半寬高，θ係繞射角，K=0.94，λ=1.5418。
又，由於Scherrer之式在平均粒徑超過50nm之情形誤差將會變大，故在平均粒徑超過50nm之情形係利用下列之方法。亦即，藉由利用刮刀法而將乙醇懸浮液塗布於玻璃載片上並乾燥後，使用SEM拍攝，求取影像中所得之粒子的粒子直徑之算術平均來作為平均粒徑。
(色素增感太陽能電池之製作)
將在100μm厚之Ti板上蒸鍍有鉑者作為對電極20使用。
將溶解有碘、碘化鋰、碘化-1,2-二甲基-3-丙基咪唑鎓及三級丁基吡啶之乙腈溶液作為電解質部分30使用。該等係以分別成為0.05M、0.1M、0.6M及0.5M的方式來在氮氣環境中予以溶解於乙腈中者。
藉由於上述光電極1中，依序組合厚度50μm之絕緣間隔物、對電極20，並利用微量注射器將形成電解質部分30之溶液注入光電極與對電極20之間，而製得實施例1之色素增感太陽能電池。
(實施例2)
(光電極2之製作)
將在作為基材11a之PEN膜(厚度200μm)之一側面形成由ITO所構成的透明導電層11b而成者作為透光性基板11使用。將分散於溶劑中之二氧化鈦粒子塗布於透光性基板11之透明導電層11b上，其後在25℃下乾燥30分鐘，以100MPa之壓力加壓而配置導通部15。此時之導通部15的厚度為2000nm。
其他係以與實施例1同樣的順序而製作光電極2。
(色素增感太陽能電池之製作)
除了使用光電極2而取代光電極1之點以外，係以與實施例1同樣的順序而製作實施例2之色素增感太陽能電池。
(實施例3)
(光電極3之製作)
將在作為基材11a之PEN膜(厚度200μm)之一側面形成由ITO所構成的透明導電層11b而成者作為透光性基板11使用。將分散於溶劑中之二氧化鈦粒子塗布於透光性基板11之透明導電層11b上，其後在25℃下乾燥30分鐘，以100MPa之壓力加壓而配置導通部15。此時之導通部15的厚度為5000nm。
其他係以與實施例1同樣的順序而製作光電極3。
(色素增感太陽能電池之製作)
除了使用光電極3而取代光電極1之點以外，係以與實施例1同樣的順序而製作實施例3之色素增感太陽能電池。
(比較例1)
(光電極A1之製作)
將在作為基材11a之PEN膜(厚度200μm)之一側面形成由ITO所構成的透明導電層11b而成者作為透光性基板11使用。將分散於溶劑中之二氧化鈦粒子塗布於透光性基板11之透明導電層11b上，其後在25℃下乾燥30分鐘，以100MPa之壓力加壓而配置導通部15。此時之導通部15的厚度為200nm。
接著，將混合有平均粒徑20nm之二氧化鈦粒子與平均粒徑100nm之二氧化鈦粒子的糊料塗布於導通部15上，以100MPa之壓力加壓而作成功能性半導體層。
經過以上之步驟而製得光電極A1。
(色素增感太陽能電池之製作)
除了使用光電極A1而取代光電極1之點以外，係以與實施例1同樣的順序而製作比較例1之色素增感太陽能電池。
(比較例2)
(光電極A2之製作)
將在作為基材11a之PEN膜(厚度200μm)之一側面形成由ITO所構成的透明導電層11b而成者作為透光性基板
11使用。將分散於溶劑中之二氧化鈦粒子塗布於透光性基板11之透明導電層11b上，其後在25℃下乾燥30分鐘，以100MPa之壓力加壓而配置導通部15。此時之導通部15的厚度為5000nm。
其他係以與比較例1同樣的順序而製作光電極A2。
(色素增感太陽能電池之製作)
除了使用光電極A2而取代光電極1之點以外，係以與實施例1同樣的順序而製作比較例2之色素增感太陽能電池。
(比較例3)
(光電極A3之製作)
將在作為基材11a之PEN膜(厚度200μm)之一側面形成由ITO所構成的透明導電層11b而成者作為透光性基板11使用。將作為烷氧基金屬之四異丙氧基鈦塗布於透光性基板11之透明導電層11b上，在25℃下乾燥30分鐘。其後，使用1-丙醇洗淨而形成由塗布層16之材料所構成的緻密層。
接著，將混合有平均粒徑20nm之二氧化鈦粒子與平均粒徑100nm之二氧化鈦粒子的糊料塗布於上述之緻密層上，以100MPa之壓力加壓而作成功能性半導體層。
經過以上之步驟而製得光電極A3。
(色素增感太陽能電池之製作)
除了使用光電極A3而取代光電極1之點以外，係以與實施例1同樣的順序而製作比較例3之色素增感太陽能電池。
(比較例4)
(光電極A4之製作)
將在作為基材11a之PEN膜(厚度200μm)之一側面形成由ITO所構成的透明導電層11b而成者作為透光性基板11使用。將混合有平均粒徑20nm之二氧化鈦粒子與平均粒徑100nm之二氧化鈦粒子的糊料塗布於透光性基板11之透明導電層11b上，以100MPa之壓力加壓而作成功能性半導體層。
經過以上之步驟而製得光電極A4。
(色素增感太陽能電池之製作)
除了使用光電極A4而取代光電極1之點以外，係以與實施例1同樣的順序而製作比較例4之色素增感太陽能電池。
以下，例示將金屬基板作為基材使用之實施例及比較例。
(實施例B1)
(光電極B1之製作)
除了使用由Ti所構成的金屬基板(厚度50μm)而取代透光性基板11之點以外，係以與實施例1同樣的順序而製作光電極B1。
(色素增感太陽能電池之製作)
使用光電極B1而取代光電極1。將在PEN膜(厚度200μm)之一側面形成由ITO所構成的透明導電層而成者作為對電極使用。在透明導電層上，藉由蒸鍍而形成作為觸媒層之鉑層。
除此之外，係以與實施例1同樣的順序而製作實施例B1之色素增感太陽能電池。
(實施例B2)
(光電極B2之製作)
除了使用由Ti所構成的金屬基板(厚度50μm)而取代透光性基板11之點以外，係以與實施例2同樣的順序而製作光電極B2。
(色素增感太陽能電池之製作)
除了使用光電極B2而取代光電極B1之外，係以與實施例B1同樣的順序而製作實施例B2之色素增感太陽能電池。
(實施例B3)
(光電極B3之製作)
除了使用由Ti所構成的金屬基板(厚度50μm)而取代透光性基板11之點以外，係以與實施例3同樣的順序而製作光電極B3。
(色素增感太陽能電池之製作)
除了使用光電極B3而取代光電極B1之外，係以與實施例B1同樣的順序而製作實施例B3之色素增感太陽能電池。
(比較例b1)
(光電極b1之製作)
除了使用由Ti所構成的金屬基板(厚度50μm)而取代透光性基板11之點以外，係以與比較例1同樣的順序而製作光電極b1。
(色素增感太陽能電池之製作)
除了使用光電極b1而取代光電極B1之外，係以與實施例B1同樣的順序而製作比較例b1之色素增感太陽能電池。
(比較例b2)
(光電極b2之製作)
除了使用由Ti所構成的金屬基板(厚度50μm)而取代透光性基板11之點以外，係以與比較例2同樣的順序而製作光電極b2。
(色素增感太陽能電池之製作)
除了使用光電極b2而取代光電極B1之外，係以與實施例B1同樣的順序而製作比較例b2之色素增感太陽能電池。
(比較例b3)
(光電極b3之製作)
除了使用由Ti所構成的金屬基板(厚度50μm)而取代透光性基板11之點以外，係以與比較例3同樣的順序而製作光電極b3。
(色素增感太陽能電池之製作)
除了使用光電極b3而取代光電極B1之外，係以與實施例B1同樣的順序而製作比較例b3之色素增感太陽能電池。
(比較例b4)
(光電極b4之製作)
除了使用由Ti所構成的金屬基板(厚度50μm)而取代
透光性基板11之點以外，係以與比較例4同樣的順序而製作光電極b4。
(色素增感太陽能電池之製作)
除了使用光電極b4而取代光電極B1之外，係以與實施例B1同樣的順序而製作比較例b4之色素增感太陽能電池。
(實施例C1)
(光電極C1之製作)
除了使用由不銹鋼(SUS304)所構成的金屬基板(厚度50μm)而取代透光性基板11之點以外，係以與實施例1同樣的順序而製作光電極C1。
(色素增感太陽能電池之製作)
除了使用光電極C1而取代光電極1之點以外，係以與實施例B1同樣的順序而製作實施例C1之色素增感太陽能電池。
(實施例C2)
(光電極C2之製作)
除了使用由SUS304所構成的金屬基板(厚度50μm)而取代透光性基板11之點以外，係以與實施例2同樣的順序而製作光電極C2。
(色素增感太陽能電池之製作)
除了使用光電極C2而取代光電極B1之外，係以與實施例B1同樣的順序而製作實施例C2之色素增感太陽能電池。
(實施例C3)
(光電極C3之製作)
除了使用由SUS304所構成的金屬基板(厚度50μm)而取代透光性基板11之點以外，係以與實施例3同樣的順序而製作光電極C3。
(色素增感太陽能電池之製作)
除了使用光電極C3而取代光電極B1之點以外，係以與實施例B1同樣的順序而製作實施例C3之色素增感太陽能電池。
(比較例c1)
(光電極c1之製作)
除了使用由SUS304所構成的金屬基板(厚度50μm)而取代透光性基板11之點以外，係以與比較例1同樣的順序而製作光電極c1。
(色素增感太陽能電池之製作)
除了使用光電極c1而取代光電極B1之點以外，係以與實施例B1同樣的順序而製作比較例c1之色素增感太陽能電池。
(比較例c2)
(光電極c2之製作)
除了使用由SUS304所構成的金屬基板(厚度50μm)而取代透光性基板11之點以外，係以與比較例2同樣的順序而製作光電極c2。
(色素增感太陽能電池之製作)
除了使用光電極c2而取代光電極B1之點以外，係以與實施例B1同樣的順序而製作比較例c2之色素增感太陽
能電池。
(比較例c3)
(光電極c3之製作)
除了使用由SUS304所構成的金屬基板(厚度50μm)而取代透光性基板11之點以外，係以與比較例3同樣的順序而製作光電極c3。
(色素增感太陽能電池之製作)
除了使用光電極c3而取代光電極B1之點以外，係以與實施例B1同樣的順序而製作比較例c3之色素增感太陽能電池。
(比較例c4)
(光電極c4之製作)
除了使用由SUS304所構成的金屬基板(厚度50μm)而取代透光性基板11之點以外，係以與比較例4同樣的順序而製作光電極c4。
(色素增感太陽能電池之製作)
除了使用光電極c4而取代光電極B1之點以外，係以與實施例B1同樣的順序而製作比較例c4之色素增感太陽能電池。
如上說明，係個別地採取：比較例1、2、b1、b2、c1、及c2之光電極係未具備塗布層之構造；比較例3、b3、及c3之光電極係未具備導通部之構造；比較例4、b4、及c4之光電極係未具備任一種之構造。
(評估1：光電極之密合性評估)
在市售圓柱狀構件之3吋芯(PP製、厚度50mm、參考
外徑86.5mm)之外圍面，將光電極作為外側來貼附實施例及比較例之色素增感太陽能電池而固定，並放置1小時。其後，從3吋芯分離光電極以使其平坦化，並使用顯微鏡以倍率70倍觀察光電轉換層之表面而評估光電轉換層之剝離及裂痕之有無。
(評估2：色素增感太陽能電池之性能評估)
一面使用「陽光模擬器」(PECCEL公司製)照射AM1.5、100mW/cm2之模擬陽光至實施例及比較例之色素增感太陽能電池，並一面使用「2400型Source Meter」(KEITHLEY公司製)測定I-V特性，而獲得短路電流、開放電壓、形狀因子ff之值，同時也使用該等之值，依照下式(1)算出光電轉換效率。
式(1)；光電轉換效率(%)=[短路電流值(mA/cm2)×開放電壓值(V)×{形狀因子ff/入射光(100mW/cm2)}]×100
還有，電池性能之評估係在上述評估1之實施前後各1次，合計進行2次。
將評估之結果顯示於表1。關於評估2，係分別將評估1實施前之結果顯示於表2，將評估1實施後之結果顯示於表3。
如表1所示，於未具備塗布層之比較例中，雖然會藉由捲繞至圓筒狀之外圍面，而在光電極中的光電轉換層發生剝離或裂痕，但於實施例中，並未觀察到光電轉換層之剝離或裂痕。認為此係因密合層提高對透光性基板之光電轉換層的密合性所致。
如表2所示，於評估1實施前之狀態中，僅比較例3、b3、及c3之電池性能較低，其他例子則顯示約略等同之電池性能。認為此係於上述之各比較層中，因為
由塗布層材料所構成的緻密層形成於透光性基板與光電轉換層之間而造成電阻上升所致。
又，如表3所示，於評估1實施後，未具備塗布層之比較例的電池性能明顯降低。認為此係因光電轉換層中發生剝離或裂痕所致。於實施例中任一種電池性能皆未降低，等同於評估1實施前。
又，相對於為等同構造且未具備密合層之各比較例而言，具備密合層之各實施例則有較提高轉換效率。此係因在密合層之形成步驟中，幾乎係以塗布層之材料(TiO2)被覆在基板上發揮導電性之面(ITO面或Ti面或SUS304面等)所致。已知雖然具有導電性之基板與碘直接接觸之情形，由於電子會流向碘(逆電子移動)而降低性能，但認為藉由以塗布層材料被覆基板表面，由於得以避免與碘之直接接觸，故能夠抑制逆電子移動且提高轉換效率。
於表4顯示以鈦以外之金屬種形成密合層的色素增感太陽能電池之電池性能的探討結果。將矽、鋅、鋁、鎂、鈮作為金屬種使用之情形亦為藉由使用顯示於表4之烷氧基金屬而能夠適當形成密合層，並獲得高電池性能。
以上，已使用實施形態及實施例而針對本發明之色素增感太陽能電池進行說明，惟本發明之技術範圍並不限定為上述實施形態及實施例，且可於不脫離本發明之意旨的範圍內改變構成要件之組合，或於各構成要件中添加、或削除各種變更。
本發明能夠適用於色素增感太陽能電池。
10‧‧‧色素增感太陽能電池用光電極
11‧‧‧透光性基板
11a‧‧‧基材
11b‧‧‧透明導電層
12‧‧‧光電轉換層
13‧‧‧密合層
15‧‧‧導通部
15a‧‧‧導電性粒子
16‧‧‧塗布層
Claims (6)
- 一種色素增感太陽能電池用光電極，其具備：在透光性之基材上形成透明導電層而成之透光性基板；包含導通部與塗布層且同時具有多孔質構造之密合層，該導通部形成於該透明導電層上且包含導電性粒子，該塗布層係以含有塗布烷氧基金屬(metal alkoxide)之步驟所形成且其被覆複數之該導電性粒子；及使用功能性半導體中載持有增感色素之光電轉換材料且形成於該密合層上之光電轉換層。
- 如申請專利範圍第1項之色素增感太陽能電池用光電極，其中該基材係以塑膠所形成。
- 一種色素增感太陽能電池用光電極，其具備：金屬性之基材；包含導通部與塗布層且同時具有多孔質構造之密合層，該導通部形成於該基材上且包含導電性粒子，該塗布層係以含有塗布烷氧基金屬之步驟所形成且其被覆複數之該導電性粒子；及使用功能性半導體中載持有增感色素之光電轉換材料且形成於該密合層上之光電轉換層。
- 如申請專利範圍第3項之色素增感太陽能電池用光電極，其中該基材係以鈦或不銹鋼所形成。
- 如申請專利範圍第1至4項中任一項之色素增感太陽能電池用光電極，其中該密合層之厚度為5微米以下。
- 一種色素增感太陽能電池，其具備如申請專利範圍第1至5項中任一項之色素增感太陽能電池用光電極。
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