TWI578555B - 色素增感太陽能電池 - Google Patents

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TWI578555B
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學校法人東京理科大學
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Description

色素增感太陽能電池
本發明係關於色素增感太陽能電池用相對電極，詳言之，係關於不易產生短路等不良現象且可將入射的光予以有效反射的色素增感太陽能電池用相對電極、及具備有該色素增感太陽能電池用相對電極之色素增感太陽能電池。
本發明係根據2012年9月18日於日本申請之特願2012-204696號、2013年1月25日於日本申請之特願2013-012408號、及2013年8月22日於日本申請之特願2013-172711號而主張優先權，並將其內容援用於此。
色素增感太陽能電池係由瑞士之格拉特茲勒(Grätzel)等所開發，相較於其他一般的電池，具有光電轉換效率高、製造成本便宜等之優點。就此色素增感太陽能電池而言，例如，已知有非專利文獻1、專利文獻1所示之構成。
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：藉由在塑膠製之透光性支持體(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(以下有僅稱為「光電極」之情形。)、電解質部分、及相對電極。
色素增感太陽能電池在光電極與相對電極接觸而導通時會產生短路，結果無法作為電池發揮機能。為防範該問題，例如就專利文獻1及2而言，係透過在充填有電解質部分的空間之周緣設置間隔物而欲防止光電極與相對電極之接觸。
又，在色素增感太陽能電池中，入射的光並沒有被光電極全部捕集，而沒被光電極捕集的入射光會到達電解質部分或相對電極。該等光的一部分在色素增感太陽能電池內部被反射而再朝向光電極再入射，但大半不會再入射而變化為熱能等，未被有效地利用。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本國特開2007-18862號公報
[專利文獻2]日本國特開2010-225295號公報
[非專利文獻]
[非專利文獻1]Nature，353，p.737-740，1991
然而，實際上利用上述的間隔物完全防範光電極與相對電極之接觸並非容易。例如，在光電極的基 材是具有可撓性的情況，有可能無間隔物的部分因為彎曲等因素而撓曲使得光電極和相對電極接觸。又，即使是光電極的基材不具可撓性的情況，在前述基材薄且面積寬廣等之情況，有可能因為在色素增感太陽能電池中央部有應力作用而使光電極產生撓曲而與相對電極接觸。
由於間隔物的尺寸係納入此種可能性而設定，故通常容易變大。間隔物的高度(在色素增感太陽能電池的厚度方向之長度)一變高時，被充填之電解質部分的量增加，導致製造成本上升。又，由於色素增感太陽能電池的電阻係依存於光電極及相對電極之距離，故亦有妨礙電池性能之提升的問題。
在色素增感太陽能電池中，由於在相對電極使用白金等之觸媒層，故透過形成厚的觸媒層，可使相對電極的反射率提升。但有製作時間變長，成本變高等之問題。
又，當電解質部分的厚度減少時，可縮小光電極與相對電極之距離，雖有助於提升光的利用效率，但光電極與相對電極過於接近時，光電極與相對電極變得容易接觸。一接觸時，光電極和相對電極導通而導致短路，無法發揮電池的機能，因而有問題。
根據上述那樣的情況，本發明之目的在於提供一種可防止與光電極短路且與光電極接近地配置之色素增感太陽能電池用電極。
本發明之其他目的在於提供一種就算發生電池撓曲 等也不易發生光電極和相對電極短路之色素增感太陽能電池。
又，本發明之目的在於提供一種可廉價地製造且反射率高的色素增感太陽能電池用相對電極。
本發明之其他目的在於提供一種可使未被光電極捕集的光有效率地再入射至光電極之色素增感太陽能電池。
本發明第一態樣所涉及之色素增感太陽能電池用相對電極係具備：導電層；以及由絕緣性物質形成且形成於前述導電層的一面上之接觸防止層。
前述接觸防止層的厚度係0.05μm以上100μm以下較佳。
前述絕緣性物質係金屬氧化物較佳。在本發明第一態樣的色素增感太陽能電池用相對電極中，前述金屬氧化物係平均粒徑為10nm以上5μm以下的粒子較佳。
又，前述接觸防止層係具有介孔(mesoporous)構造較佳。
本發明第二態樣的色素增感太陽能電池具備：光電極，其具有基板、及使用在功能性半導體載持有增感色素的光電轉換材料而形成於前述基板上之光電轉換層；本發明第一態樣的色素增感太陽能電池用相對電極；及電解質部分，其充填在前述光電極和前述相對電極之間，形成有前述接觸防止層的面被配置成與前述光電極對向。
本發明第三態樣的色素增感太陽能電池具備：光電極，其具有基板、及使用在功能性半導體載持有增感色素的光電轉換材料而形成於前述基板上之光電轉換層；本發明第一態樣的色素增感太陽能電池用相對電極；及電解質部分，其被含浸於前述光電轉換層及前述接觸防止層，形成有前述接觸防止層的面被配置成與前述光電極對向。
前述電解質部分的厚度係大於0且30μm以下較佳。
本發明第四態樣的色素增感太陽能電池用相對電極係具備：導電層及形成於前述導電層的一面上之絕緣性的反射層。
前述反射層係具有介孔構造較佳。
前述反射層係由金屬氧化物的粒子形成較佳。
前述粒子的平均粒徑以10nm以上5μm以下較佳。
本發明第五態樣的色素增感太陽能電池具備：光電極，其具有基板、及使用在功能性半導體載持有增感色素的光電轉換材料而形成於前述基板上之光電轉換層；本發明第四態樣的色素增感太陽能電池用相對電極；及電解質部分，其充填在前述光電極和前述相對電極之間，形成有前述反射層的面被配置成與前述光電極對向。
前述電解質部分的厚度係大於0且為30μm以下較佳。
本發明第六態樣的色素增感太陽能電池具備：光電極，其具有基板、及使用在功能性半導體載持有增感色素的光電轉換材料而形成於前述基板上之光電轉換層；本發明第四態樣的色素增感太陽能電池用相對電極；及電解質部分，其被含浸於前述光電轉換層及前述反射層，形成有前述反射層的面被配置成與前述光電極對向。
依據本發明第一態樣的色素增感太陽能電池用相對電極，可防止相對電極與光電極短路且使相對電極與光電極接近地配置。
又，依據本發明第二態樣及本發明第三態樣的色素增感太陽能電池，就算發生撓曲等也不易發生光電極和相對電極短路。
依據本發明第四態樣的色素增感太陽能電池用相對電極，可具有高反射率並能廉價地製造。
又，依據本發明第五態樣及本發明第六態樣的色素增感太陽能電池，可使未被光電極捕集的光有效率地再入射至光電極。
1、101‧‧‧電池(色素增感太陽能電池)
10、110‧‧‧色素增感太陽能電池用光電極
11、111‧‧‧透光性基板(基板)
11a、111a‧‧‧基材
11b、111b‧‧‧透明導電層
12、112‧‧‧光電轉換層
20、120‧‧‧色素增感太陽能電池用相對電極
21、121‧‧‧導電層
21A、121A‧‧‧支持體
21B、121B‧‧‧觸媒層
23、123‧‧‧接觸防止層
30、130‧‧‧電解質部分
40、140‧‧‧配線
圖1係顯示構成本發明實施形態之色素增感太陽能電池的電池之示意剖面圖。
圖2係顯示構成本發明實施形態之色素增感太陽能電池的電池之示意剖面圖。
[實施發明之形態]
以下，針對本發明第一實施形態，參照圖1進行說明。
圖1係顯示構成本發明第一實施形態之色素增感太陽能電池的電池1之示意剖面圖。電池1為光電極10和本發明第一實施形態的色素增感太陽能電池用相對電極(以下僅稱為「相對電極」。)20夾著電解質部分30對向地配置，光電極10和相對電極20藉由配線40電連接。
光電極10在電池1中作為負極作用，且具備：於透光性的基材11a之一面形成有透明導電層11b之透光性基板(基板)11；及形成於透明導電層11b上之光電轉換層12。
作為基材11a，能夠使用玻璃、塑膠等各種材料。從透光性、耐熱性、耐化學藥品特性等之觀點，塑膠製基材11a較佳為使用例如板狀或薄膜狀之環烯烴系聚合物、板狀或薄膜狀之丙烯酸尿素系聚合物、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。
作為透明導電層11b，例如可使用銦錫複合氧化物(ITO)、摻雜氟之氧化錫(FTO)等。
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種以上使用。
其中，以Ti、Zn、Sn、Nb的氧化物較佳，尤其以TiO2(二氧化鈦)較佳。
作為形成功能性半導體之材料，可適當利用平均粒徑10nm以上5μm以下的材料。且可混合不同粒徑的材料，亦可使用單一粒徑的粒子。
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)，三吡啶釕錯合物(ruthenium terpyridine complex)(黑色染料)，二酮釕錯合物(ruthenium diketonate complex)等之Ru錯合物；香豆素系色素、部花青素系色素、多烯系色素等之有機系色素；金屬卟啉系色素或酞花青色素等，當中以Ru錯合物較佳，尤其，由於在可見光域具有寬廣的吸收光譜，較佳為可列舉N719色素及黑色染料。
N719色素係以(RuL2(NCS)2．2TBA)表示的化合物，黑色染料色素係以(RuL’1(NCS)3．2TBA)表示的化合物。其中，L係4,4’-二羧基-2,2’-二聯吡啶、L’係4,4’,4”-四羧基-2,2’,2”-三聯吡啶，TBA係四丁基銨陽離子。該等能夠單獨或混合2種以上來使用。
相對電極20在電池1中作為正極發揮機能。相對電極20具有：導電層21，其係透過例如具有還元電解質之觸媒機能的物質，例如包含白金等之金屬、導電性高分子、碳等的觸媒層21B載持在由ITO、FTO等之導電性金屬氧化物、金屬所形成的支持體21A上所形成；形成在導電層21上的接觸防止層23。導電層21的構造不受此限，只要可獲得充分強度及密封性，則不一定需要具有支持體。或者透過利用具有觸媒機能的物質構成支持體也可作成僅支持體的構成。
如此，本發明第一實施形態中的導電層21，只要發揮電解質部分30的還元機能，則其具體的構成並無特別限制，在圖1中表示一例，其建構成具備：導電性的支持體21A及形成於支持體21A的一面之觸媒層21B。
導電層21中的構成與電解質部分30及光電極10對向的面(以下有僅稱為「對向面」之情形。)之觸媒層21B的面上，形成有包含絕緣性物質的接觸防止層23，被覆著觸媒層21B。作為形成接觸防止層23之絕緣性材料，可使用金屬氧化物、樹脂等之各種絕緣體。
作為金屬氧化物，可使用與光電轉換層所用之功能性半導體大致同樣的材料。其中，以TiO2、Nb2O5、ZrO2等的Ti、Nb、Zr之氧化物或SiO2等較佳，二氧化鈦更佳。
在樹脂方面，例如以對電解質之耐性優異的丙烯酸樹脂或苯乙烯樹脂等較佳。
接觸防止層23的厚度，從確實地防止光電極10和相 對電極20接觸之觀點，以一定的厚度，例如50nm(0.05μm)以上較佳。更佳為，接觸防止層23的厚度係100奈米(nm)以上較佳。又，從電池薄型化的觀點，以接觸防止層23的厚度是100μm以下者較佳。更佳為，從電池性能的觀點，以接觸防止層23的厚度是30μm以下者較佳。
接觸防止層23係依介孔構造或網目狀構造等使流體、微細的物質等可透過。構造方面係以介孔構造較佳，表面積/平面視面積所表示的粗糙度因子係以50倍以上10000倍以下較佳。電解質部分30雖在電池厚度方向上能通過接觸防止層23到達觸媒層21B，但因光電轉換層12具有接觸防止層23，所以就算因光電極10撓曲等而變形也没有和導電層21接觸的情況。
電解質部分30可為液體、固體、凝固體、常溫熔融鹽之任一種。該電解質部分30之厚度可適宜設定，就本發明第一實施形態的色素增感太陽能電池而言，由於利用接觸防止層23來防止光電極10和導電層21接觸，故電解質部分30的量可設定成必要最小限度。因此，透過將電解質部分30的厚度設定成非常薄的例如1μm左右，可減低色素增感太陽能電池的電阻值，使性能提升。
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變得不易發生腐蝕，故能於色素增感太陽能電池內部使用金屬配線等。
以光電極10的光電轉換層12形成面與相對電 極20對向地使光電極10和相對電極20分離地配置，在光電極10和相對電極20之間配置電解質部分30。然後藉由配線40將光電極10的透明導電層11b和相對電極20電連接後，電池1完成。
關於使用上述那樣構成之本發明第一實施形態的相對電極20之電池1，在與光電極10對向的觸媒層21B上設有接觸防止層23。因此，就算光電極10及相對電極20的一方或雙方撓曲使得光電極10和相對電極20有一部分接近，仍可藉由接觸防止層23適當抑制光電極10和導電層21接觸，確實地防止短路。因此，可作成就算電池面積變大、電池被彎曲也不引起短路而能穩定地作為電池發揮機能之色素增感太陽能電池。
又，由於藉接觸防止層23可適當地防止短路，所以沒必要為安全考量而將光電極10和相對電極20之間的距離設大。因此，可使電解質部分30的厚度成為必要最小限度而減低製造成本。再加上，使光電極10和相對電極20更接近地配置，可減少電解質部分的擴散電阻，使電池性能提升。
於本發明第一實施形態，以具有白色或帶有白色之灰色等白色系之色彩的絕緣性材料來形成接觸防止層較佳。如此一來，沒被光電極吸收的光在接觸防止層被反射而再度入射於光電極，故可提升光的利用率。當一併將電解質部分的厚度形成薄時，被電解質部分所吸收的光變少，能使更多反射光到達光電極。
以下，針對本發明第二實施形態，參照圖2 作說明。圖2係顯示構成本發明第二實施形態之色素增感太陽能電池的電池101之示意剖面圖。電池101係為光電極110和本發明第二實施形態的色素增感太陽能電池用相對電極(以下僅稱為「相對電極」。)120夾著電解質部分130呈對向地配置，光電極110和相對電極120藉由配線140電連接。
本發明第二實施形態中，除了在相對電極120中使用反射層123這點以外，可採用與前述第一實施形態同樣的材料及構成。
以下，特別針對本發明第二實施形態的相對電極作詳述。
光電極110在電池101中作為負極作用，且具備：於透光性的基材111a之一面形成有透明導電層111b之透光性基板(基板)111；及形成於透明導電層111b上之光電轉換層112。
作為基材111a，可採用與上述第一實施形態之基材11a同樣的材料。若使用塑膠作為基材111a，能賦予光電極110可撓性，而能彎曲或捲圓。
作為透明導電層111b，與上述第一實施形態的透明導電層11b同樣，例如，可使用銦錫複合氧化物(ITO)、摻雜氟之氧化錫(FTO)等。
光電轉換層112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。作為功能性半導體，可採用與上述第一實施形態之光電轉換層112同樣的材料。
作為形成功能性半導體之材料，可適當利用平均粒徑10nm以上5μm以下的材料。且可混合不同粒徑的材料，亦可使用單一粒徑的粒子。
作為增感色素，可採用與上述第一實施形態之增感色素同樣的材料，以下省略。
相對電極120在電池101中作為正極發揮機能。相對電極120例如具有：導電層121，其係藉由包含具有還元電解質之觸媒機能的物質、例如白金等之金屬、導電性高分子、碳等之觸媒層121B載持於ITO、FTO等之導電性金屬氧化物、金屬所形成的支持體121A上所形成；反射層123，其係形成在導電層121上。導電層121的構造不受此限，只要可獲得充分強度及密封性，則不一定需要具有支持體。或者透過利用具有觸媒機能的物質構成支持體也可作成僅支持體的構成。
如此，本發明第二實施形態中的導電層121，只要發揮電解質部分130的還元機能，則其具體的構成並無特別限制，在圖2中表示一例，其建構成具備：導電性的支持體121A及形成於支持體121A的一面之觸媒層121B。
在選擇碳作為觸媒層121B的主要材料之情況，當以具有多孔(porous)構造的方式形成觸媒層時，相對電極120與電解質部分130之接觸面積增加，故具有所謂能提升觸媒活性之優點而較佳。又，透過在碳中添加氧化物微粒子，可提升觸媒層之強度。
導電層121中的構成與電解質部分130及光電極110對向的面(以下有僅稱為「對向面」之情形。)之觸 媒層121B的面上，形成有包含絕緣性物質的反射層123，被覆著觸媒層121B。作為形成反射層123之絕緣性材料，可使用金屬氧化物或樹脂等之各種絕緣體。
反射層123係為波長450奈米之光的積分反射率成為30%以上。此外，本發明第二實施形態中雖記載了在反射層之反射波長是450奈米的情況，但反射波長不限於450奈米。
作為金屬氧化物，可使用與光電轉換層所用的功能性半導體大致同樣的材料。當中，以TiO2、Nb2O5等之Ti、Nb的氧化物或SiO2、氧化鋁等較佳，在反射特性方面以二氧化鈦更佳。
在樹脂方面，例如以對電解質之耐性優異的丙烯酸樹脂或苯乙烯樹脂等較佳。
反射層123的厚度，從使光反射提升的觀點，係一定的厚度，例如，50nm(0.05μm)以上較佳。更佳為，反射層123的厚度是100奈米(nm)以上較佳。又，從電池薄型化的觀點，反射層123的厚度係100μm以下較佳。更佳為，從電池性能的觀點以反射層123的厚度是30μm以下較佳。構成反射層123的粒子，平均粒徑是10奈米以上較佳。更佳為，構成反射層123的粒子之平均粒徑是100奈米以上。又，從光反射的觀點及薄型化的觀點，構成反射層123的粒子之平均粒徑以5微米以下較佳。更佳為，構成反射層123的粒子之平均粒徑以1微米以下較佳。又，透過混合具有不同的平均粒徑之粒子，可讓膜具有強度。
反射層123係依介孔構造或網目狀構造等使流體、微細的物質等可透過。構造方面係以介孔構造較佳，表面積/平面視面積所表示的粗糙度因子係以500倍以上10000倍以下較佳。電解質部分130雖在厚度方向上能通過反射層123到達觸媒層121B，但因光電轉換層112具有反射層123，所以就算因光電極110撓曲等而變形也没有和導電層121直接接觸並導通接觸的情況。
該電解質部分130可為液體、固體、凝固體、常溫熔融鹽之任一種。
該電解質部分130之厚度可適宜設定，就本發明第二實施形態的色素增感太陽能電池而言，由於利用反射層123來防止因光電極110和導電層121接觸而導通，故電解質部分130的量可設定成必要最小限度。
因此，透過將電解質部分130的厚度設定成非常薄的例如1μm左右，可減低色素增感太陽能電池的電阻值，使性能提升。
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變得不易發生腐蝕，故能於色素增感太陽能電池內部使用金屬配線等。
以光電極110之光電轉換層112形成面與相對電極120對向地使光電極110和相對電極120分離地配置，在光電極110和相對電極120之間配置電解質部分130。然後藉由配線140將光電極110的透明導電層111b和相對電極120電連接後，電池101完成。
就上述那樣構成之本發明第二實施形態的電池101中之光電極110而言，在與光電極110對向之觸媒層121B上設有反射層123，故可使未被光電極110捕集的光有效率地朝光電極110再入射，藉此可提升入射的光之利用效率。
又，在反射層123以絕緣性物質形成的情況，可構成相較於白金等在製造成本上大幅下降且不使反射率大幅度降低之相對電極。
再者，在反射層123以絕緣性物質形成的情況，就算光電極110及相對電極120的一方或雙方撓曲使得光電極110和相對電極120有一部分接近，仍可藉由反射層123適當地抑制光電極110和導電層121導通，確實地防止短路。因此，可作成在反射層123是以絕緣性物質形成的情況，就算電池面積變大、電池被彎曲也不引起短路而能穩定地作為電池發揮機能之色素增感太陽能電池。
又，在反射層123是以絕緣性物質形成的情況，由於藉反射層123適當地防止短路，所以沒必要為安全考量而將光電極110和相對電極120之間的距離設大。因此，可使電解質部分130的厚度成為必要最小限度而減低製造成本。再加上，使光電極110和相對電極120更接近地配置，可減少電解質部分的擴散電阻使電池性能提升。而且，因電解質部分設定成最小限度，使得被電解質部分所吸收的光變少，可使未被捕集的光中之入射於反射層123的光增加。且在反射層123反射的光也更有效率地朝光電極110入射。
[實施例]
針對本發明色素增感太陽能電池，會使用實施例再作說明，但本發明不受此等所限定。
以下，針對在相對電極中具有接觸防止層的本發明第一實施形態的色素增感太陽能電池所涉及之實施例作說明。
[實施例1]
(二氧化鈦半導體粒子懸浮液之調製)
藉由將56.8g的正鈦酸四異丙基鹽在離子交換水200mL中一邊充分攪拌一邊滴入，滴入結束後，再持續攪拌1小時而使水解結束，獲得標的物之氫氧化鈦沉澱物。沉澱物係使用濾紙過濾，再利用離子交換水充分洗淨。
將該沉澱物加入使5.8g之氫氧化四甲銨(TMAH)的離子交換水中，進一步追加離子交換水，使試料全部的量成為160g。
藉由於140℃進行該試料之4小時加熱回流後，利用玻璃過濾器而去除微晶而獲得白濁半透明之膠體溶液。
將所得之膠體溶液移入密閉的高壓釜容器中，於260℃進行8小時之水熱合成，於該膠體溶液之水熱合成後，使用旋轉蒸發器而將膠體溶液之溶劑取代成乙醇。其後，針對已取代為乙醇之膠體溶液進行超音波分散處理，獲得含有平均粒徑20nm之銳鈦礦結晶型二氧化鈦粒子[A]之乙醇懸浮液[A](將以上之操作稱為「半導體粒子懸浮液之調製操作」。)。
還有，TMAH分解所生成的三甲基胺係於將膠體溶液之溶劑取代成乙醇的操作時，幾乎全部的量會被去除。
於該半導體粒子懸浮液之調製操作中，除了將TMAH之添加量設為1.5g之外，以同樣方式進行，獲得含有平均粒徑100nm之銳鈦礦結晶型的二氧化鈦粒子[B]之乙醇懸浮液[B]。
還有，針對乙醇懸浮液[A]、[B]中所含之二氧化鈦粒子，藉由將乙醇懸浮液利用刮刀法塗布於載玻片上使之乾燥後，測定XRD圖案。從所得之XRD圖案而求出半值寬，利用Scherrer之式(D=K×λ/βcosθ)而算出平均粒徑。進而，確認了二氧化鈦粒子之結晶型。其中在上述式中，D係結晶之長度、β係半值寬、θ係繞射角、K=0.94、λ=1.5418。
二氧化鈦粒子[A]與二氧化鈦粒子[B]係其結晶型幾乎為100%銳鈦礦結晶型，金紅石結晶型之存在則未被確認到。
還有，Scherrer式係由於平均粒徑超過50nm之情形的誤差將會變大，平均粒徑超過50nm之情形，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．乾燥於載玻片上後，使用SEM拍攝，取得由影像獲得之粒子的粒子半徑之算術平均，將之設為平均粒徑。
(光電轉換層形成用水性糊料之調製)
針對該等2種屬於乙醇懸浮液的乙醇懸浮液[A]及乙醇懸浮液[B]，由如下方式測定各自的二氧化鈦粒子之濃 度：首先，利用電子天秤稱量坩堝之質量(W)，之後，於坩堝中量取乙醇懸浮液，稱量坩堝與乙醇懸浮液之總質量(W1)，再將添加有乙醇懸浮液的坩堝置入電爐內，在150℃下保持2小時，完全去除乙醇懸浮液之溶劑，接著，再稱量質量(W2)，從式{二氧化鈦粒子之濃度(wt%)=(W2-W)/(W1-W)×100}而求出。
然後，基於各自懸浮液的二氧化鈦粒子濃度，藉由使二氧化鈦粒子[A]與二氧化鈦粒子[B]成為重量比7：3的方式來混合。再度使用旋轉蒸發器，並以水幾乎完全取代溶劑後，濃縮使二氧化鈦粒子[A]與二氧化鈦粒子[B]之混合液。藉由上述工程，最後獲得二氧化鈦粒子之濃度為10wt%且以水作為介質之光電轉換層形成用糊料[1]。
在表面電阻13Ω/□(□表示無次元數)之由ITO/PEN(聚萘二甲酸乙二酯)基板(王子Tobi製)所構成的透光性基板，利用刮刀法而將該光電轉換層形成用水性糊料[1]塗布於0.5cm×0.5cm大小之工作電極區域。其後，在室溫下使已塗布在基板上之光電轉換層形成用水性糊料[1]乾燥而獲得塗膜，對該塗膜進行平面壓製處理。平面壓製處理係使用Mini Test Press-10(東洋精機製)。依序積層5mm之Conex Felt(Dupont股份有限公司製)、感壓薄膜(「Prescale」，富士Film公司製)、透光性基板、氟脫膜薄膜及5mm之Conex Felt(Dupont股份有限公司製)，獲得從上到下為「Conex Felt」/「感壓薄膜」/「氟脫膜薄膜」/二氧化鈦塗布ITO-PEN基板/「Conex Felt」 之層構造的積層體。將該積層體以感壓薄膜確認實測加重壓力且壓製60秒。此時的加重的壓力是100MPa。藉由前述方法獲得在透光性基板上形成功能性半導體層之光電極構造體。
平面壓製處理後的功能性半導體層之膜厚為6μm。針對電池實效面積，使用數位顯微鏡與校正刻度，進行有效數字4位數之修正。又，膜厚測定係使用探針式表面形狀測定器DEKTAK(ULVAC製)進行。
(增感色素之載持．光電極之製作)
另一方面，將順雙(異硫氰酸酯)-雙(2,2’-二吡啶基-4,4’-二羧酸)-釕(II)雙四丁基銨作為增感色素使用，以0.2mM之濃度使其溶解於乙醇中而獲得色素溶液。使形成功能性半導體層之上述光電極構造體浸漬於該色素溶液中24小時，而獲得具備有在功能性半導體層載持有增感色素之光電轉換層的光電極[1]。
(作為電解質部分使用的電解質溶液之製作)
作為電解質溶液，係使用溶解有碘、碘化鋰、1,2-二甲基-3-丙基咪唑鎓碘化物與第三丁基吡啶等之電解質的乙腈溶液。該等溶液係以分別成為0.05M、0.1M、0.6M與0.5M的方式在氮氣環境下溶解於乙腈所調製者。
(相對電極之製作)
在FTO玻璃(日本板硝子公司製)的FTO層上，使用濺鍍法形成作為觸媒層的Pt層而製作導電層。導電層之製作所採用的濺鍍條件為60W、氬氣：4sccm、0.6Pa、1min。
(接觸防止層形成用糊料之調製)
於上述的乙醇懸浮液[A]添加乙基纖維素5wt%、α-萜品醇5wt%，然後添加接觸防止層的材料之粒子且使之分散，使粒子含有率成為10wt%。之後，利用旋轉蒸發器除去乙醇，獲得接觸防止層形成用糊料。
將以平均粒徑400nm的TiO2粒子作為材料的接觸防止層形成用糊料，使用網版印刷塗布於Pt層上。之後，在520℃下進行1小時燒結，藉以在Pt層上形成厚度6μm且具有介孔構造的接觸防止層，獲得相對電極。
在上述的光電極[1]上，藉由以厚度30μm的絕緣間隔物、相對電極的順序疊層，利用微量注射器將電解質溶液注入於光電極[1]和相對電極之間，製作色素增感太陽能電池。
此外，成為接觸防止層材料的粒子之粒徑值係經燒結後者。成為接觸防止層材料的粒子之平均粒徑的算出方法，係採用與上述(半導體粒子懸浮液之調製操作)事項同樣的方法。
(色素增感太陽能電池之性能評估)
使用「陽光模擬器」(PECCEL TECHNOLOGIES公司製)一邊照射AM1.5，100mW/cm2的模擬陽光於所獲得之色素增感太陽能電池，一邊使用「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的值，同時使用該等值，藉由下式(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
[實施例2]
將以平均粒徑400nm的TiO2粒子作為材料的接觸防止層形成用糊料，使用網版印刷塗布於Pt層上。之後，在150℃下對塗布於前述Pt層上之前述糊料進行燒結1小時，藉以獲得在Pt層上具有膜厚6μm的接觸防止層之相對電極。
其他條件與實施例1相同。
[實施例3]
將以平均粒徑100nm的TiO2粒子作為材料的接觸防止層形成用糊料，使用網版印刷塗布於Pt層上。之後，在520℃下對塗布於前述Pt層上之前述糊料進行燒結1小時，藉以獲得在Pt層上具有膜厚6μm的接觸防止層之相對電極。
其他條件與實施例1相同。
[實施例4]
將以平均粒徑100nm的TiO2粒子作為材料的接觸防止層形成用糊料，使用網版印刷塗布於Pt層上。之後，在150℃下對塗布於前述Pt層上之前述糊料進行燒結1小時，藉以獲得在Pt層上具有膜厚6μm的接觸防止層之相對電極。
其他條件與實施例1相同。
[實施例5]
將以平均粒徑20nm的TiO2粒子作為材料的接觸防止層形成用糊料，使用網版印刷塗布於Pt層上。之後，在 520℃下對塗布於前述Pt層上之前述糊料進行燒結1小時，藉以獲得在Pt層上具有膜厚6μm的接觸防止層之相對電極。
其他條件與實施例1相同。
[實施例6]
將以平均粒徑20nm的TiO2粒子作為材料的接觸防止層形成用糊料，使用網版印刷塗布於Pt層上。之後，在150℃下對塗布於前述Pt層上之前述糊料進行燒結1小時，藉以獲得在Pt層上具有膜厚6μm的接觸防止層之相對電極。
其他條件與實施例1相同。
[實施例7]
將以平均粒徑400nm的TiO2粒子作為材料的接觸防止層形成用糊料，使用網版印刷塗布於Pt層上。之後，在520℃下對塗布於前述Pt層上之前述糊料進行燒結1小時，藉以獲得在Pt層上具有膜厚15μm的接觸防止層之相對電極。
其他條件與實施例1相同。
[實施例8]
將以平均粒徑400nm的TiO2粒子作為材料的接觸防止層形成用糊料，使用網版印刷塗布於Pt層上。之後，在520℃下對塗布於前述Pt層上之前述糊料進行燒結1小時，藉以獲得在Pt層上具有膜厚3μm的接觸防止層之相對電極。
其他條件與實施例1相同。
[比較例1]
除了沒設置接觸防止層這點以外，係以同實施例1的順序製作比較例1的色素增感太陽能電池。
實施例1~8及比較例1的結果顯示於表1。
[實施例A1]
除了使用厚度40μm的Ti基板來取代FTO玻璃這點以外，係以同實施例1的順序製作色素增感太陽能電池。
[實施例A2]
除了使用厚度40μm的Ti基板來取代FTO玻璃這點以外，係以同實施例2的順序製作色素增感太陽能電池。
[實施例A3]
除了使用厚度40μm的Ti基板來取代FTO玻璃這點以外，係以同實施例3的順序製作色素增感太陽能電池。
[實施例A4]
除了使用厚度40μm的Ti基板來取代FTO玻璃這點以外，係以同實施例4的順序製作色素增感太陽能電池。
[實施例A5]
除了使用厚度40μm的Ti基板來取代FTO玻璃這點以 外，係以同實施例5的順序製作色素增感太陽能電池。
[實施例A6]
除了使用厚度40μm的Ti基板來取代FTO玻璃這點以外，係以同實施例6的順序製作色素增感太陽能電池。
[實施例A7]
除了調節接觸防止層形成用糊料的塗布量而在Pt層上形成膜厚15μm的接觸防止層這點以外，係以同實施例A1的順序製作實施例A7的色素增感太陽能電池。
[比較例A1]
除了沒設置接觸防止層這點以外，係以同實施例A1的順序製作比較例A1的色素增感太陽能電池。
實施例實施例A1~A7及比較例A1的結果顯示於表2。
[實施例B1]
除了使用薄片電阻13Ω/□(Ω/cm2)的ITO/PEN(聚萘二甲酸乙二酯)基板(王子Tobi製)來取代FTO玻璃這點以外，係以同實施例2的順序製作色素增感太陽能電池。
[實施例B2]
除了使用薄片電阻13Ω/□(Ω/cm2)的ITO/PEN(聚萘二甲酸乙二酯)基板(王子Tobi製)來取代FTO玻璃這點以外，係以同實施例4的順序製作色素增感太陽能電池。
[實施例B3]
除了使用薄片電阻13Ω/□(Ω/cm2)的ITO/PEN(聚萘二甲酸乙二酯)基板(王子Tobi製)來取代FTO玻璃這點以外，係以同實施例6的順序製作色素增感太陽能電池。
[比較例B1]
除了沒設置接觸防止層這點以外，係以同實施例B1的順序製作比較例B1的色素增感太陽能電池。
實施例B1~B3及比較例B1的結果顯示於表3。
[實施例C1]
除了使用厚度50μm的不鏽鋼(SUS304)基板來取代FTO玻璃這點以外，係以同實施例1的順序製作色素增感太陽能電池。
[實施例C2]
除了使用厚度50μm的SUS304基板來取代FTO玻璃這點以外，係以同實施例2的順序製作色素增感太陽能電池。
[實施例C3]
除了使用厚度50μm的SUS304基板來取代FTO玻璃 這點以外，係以同實施例3的順序製作色素增感太陽能電池。
[實施例C4]
除了使用厚度50μm的SUS304基板來取代FTO玻璃這點以外，係以同實施例4的順序製作色素增感太陽能電池。
[實施例C5]
除了使用厚度50μm的SUS304基板來取代FTO玻璃這點以外，係以同實施例5的順序製作色素增感太陽能電池。
[實施例C6]
除了使用厚度50μm的SUS304基板來取代FTO玻璃這點以外，係以同實施例6的順序製作色素增感太陽能電池。
[比較例C1]
除了沒設置接觸防止層這點以外，係以同實施例C1的順序製作比較例C1的色素增感太陽能電池。
實施例C1~C6及迄至比較例C1為止的結果顯示於表4。
[實施例D1]
除了使用以平均粒徑100nm的ZrO2粒子作為材料的接觸防止層形成用糊料這點以外，係以同實施例1的順序製作色素增感太陽能電池。
[實施例D2]
除了使用以平均粒徑20nm的SiO2粒子作為材料的接觸防止層形成用糊料這點以外，係以同實施例1的順序製作色素增感太陽能電池。
[實施例D3]
除了使用以平均粒徑50nm的ITO粒子作為材料的接觸防止層形成用糊料這點以外，係以同實施例1的順序製作色素增感太陽能電池。
[實施例D4]
除了使用以平均粒徑50nm的摻雜銻之氧化錫(ATO)粒子作為材料的接觸防止層形成用糊料這點以外，係以同實施例1的順序製作色素增感太陽能電池。
實施例D1~D4的結果顯示於表5。
(檢討有無因電池的彎曲試驗而發生短路)
[實施例E1]
除了工作電極區域的大小設為0.5cm×5.0cm這點以外，係以同實施例A1的順序製作實施例E1的色素增感太 陽能電池。
[比較例E1]
除了沒設置接觸防止層這點以外，係以同實施例E1的順序製作比較例E1的色素增感太陽能電池。
在上述那樣作成之實施例E1的電池及比較例E1的電池各自當中，利用以下那樣的方法檢討有無發生電池短路。
固定電池的長度方向之一端並保持水平，將電池的長度方向之另端抬起1cm，將電池以彎曲的狀態保持。測定在電池彎曲的狀態下的太陽能電池性能，藉以檢討有無發生電池短路。
實施例E1、實施例1的在電池彎曲狀態下的測定結果、在比較例E1、及比較例E1的彎曲狀態下的測定結果顯示於表6。
如表1至表5所示，具備接觸防止層之實施例的色素增感太陽能電池除了未具備接觸防止層這點以外，與同一構成的比較例相較下在轉換效率上有提升。認為有幾個理由，第1理由，認為是因電解質部分的厚度比起比較例的30μm(和間隔物的厚度大致相等)少了接觸防 止層的厚度分量，使電阻減少而改善電流值。關於第1理由，係從接觸防止層的厚度增加之實施例7的轉換效率比實施例1的轉換效率更高所推測。第2理由，認為是藉接觸防止層使通過光電極到達相對電極之光被接觸防止層所反射，再度朝光電極入射而提升光利用。針對因接觸防止層反射光而提升光利用，係從接觸防止層薄的實施例8之轉換效率比起實施例1的轉換效率還高所推測。
又，如表5所示，確認能使接觸防止層就算是用TiO2以外的材料也能適當形成，且適當地發揮機能。
再者，如表6所示，比較例E1的色素增感太陽能電池在電池彎曲的狀態下測定之情況，電池性能急劇降低。推測此乃因電池彎曲而使電池內部中光電極和相對電極接觸發生短路所致。相對地，在實施例E1中，即使在電池彎曲狀態下作測定，在電池性能上亦無變化，推測此乃因接觸防止層的存在而確實地防止電池的短路。
此外，在將實施例E1的色素增感太陽能電池朝厚度方向彎曲之情況，光電極與接觸防止層有部分接觸，於該部位，有時在光電極與接觸防止層之間大致上不存在電解質部分(電解質部分的厚度大致為0)。就算是那樣的狀態，藉由電解質部分進入存在於光電轉換層及接觸防止層之微細間隙，可沒問題地作為色素增感太陽能電池發揮機能。依據該考察，藉由在光電轉換層及接觸防止層充分含浸電解質部分，亦可構成光電極和接觸防止層遍及全面地接觸，外觀上在光電極與接觸防止層兩者之間不存在層狀的電解質部分般的(電解質部分的 厚度大致為0般的)色素增感太陽能電池。藉此種構成，可製作耐彎曲且在被設置成保持彎曲之狀態等情況中也能適當發揮機能之色素增感太陽能電池。
以下，針對在相對電極中具有反射層的本發明第二實施形態的色素增感太陽能電池所涉及之實施例作說明。
[實施例9]
實施例9係除了將實施例1之(接觸防止層形成用糊料之調製)的工程變更為(反射層形成用糊料之調製)以外的工程和實施例1同樣地進行。
以下，針對(反射層形成用糊料之調製)作說明。
(反射層形成用糊料之調製)
於上述的乙醇懸浮液[A]中添加乙基纖維素5wt%、α-萜品醇5wt%，然後添加反射層材料的粒子且使之分散，使粒子含有率成為10wt%。之後，利用旋轉蒸發器除去乙醇，獲得反射層形成用糊料。
將以平均粒徑400nm的TiO2粒子作為材料的反射層形成用糊料，使用網版印刷塗布於Pt層上。之後，在520℃下進行1小時燒結，藉以在Pt層上形成厚度6μm且具有介孔構造的反射層，獲得相對電極。
使用U-4100(日立HIGH TECHNOLOGIES製)進行採用了此相對電極之波長450nm及550nm的積分球之全反射測定，求出積分反射率。在上述的光電極[1]上，藉由以厚度30μm的絕緣間隔物、相對電極的順序疊層，利用微量注射器將電解質溶液注入於光電極[1]和相對電極 之間，製作色素增感太陽能電池。
此外，成為反射層材料的粒子之粒徑值係經燒結後者。成為反射層材料的粒子之平均粒徑的算出方法，係採用與上述(半導體粒子懸浮液之調製操作)事項同樣的方法。
(色素增感太陽能電池之性能評估)
與實施例1同樣地進行色素增感太陽能電池之性能評估。
使用「陽光模擬器」(PECCEL TECHNOLOGIES製)一邊照射AM1.5，100mW/cm2的模擬陽光於所獲得之色素增感太陽能電池，一邊使用「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的值，同時使用該等值，藉由下式(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
[實施例10]
將以平均粒徑400nm的TiO2粒子作為材料的反射層形成用糊料，使用網版印刷塗布於Pt層上。之後，在150℃下對塗布於前述Pt層上之前述糊料進行燒結1小時，藉以獲得在Pt層上具有膜厚6μm的反射層之相對電極。
其他條件與實施例9相同。
[實施例11]
將以平均粒徑100nm的TiO2粒子作為材料的反射層形成用糊料，使用網版印刷塗布於Pt層上。之後，在520℃ 下對塗布於前述Pt層上之前述糊料進行燒結1小時，藉以獲得在Pt層上具有膜厚6μm的反射層之相對電極。
其他條件與實施例9相同。
[實施例12]
將以平均粒徑100nm的TiO2粒子作為材料的反射層形成用糊料，使用網版印刷塗布於Pt層上。之後，在150℃下對塗布於前述Pt層上之前述糊料進行燒結1小時，藉以獲得在Pt層上具有膜厚6μm的反射層之相對電極。
其他條件與實施例9相同。
[實施例13]
將以平均粒徑20nm的TiO2粒子作為材料的反射層形成用糊料，使用網版印刷塗布於Pt層上。之後，在520℃下對塗布於前述Pt層上之前述糊料進行燒結1小時，藉以獲得在Pt層上具有膜厚6μm的反射層之相對電極。
其他條件與實施例9相同。
[實施例14]
將以平均粒徑20nm的TiO2粒子作為材料的反射層形成用糊料，使用網版印刷塗布於Pt層上。之後，在150℃下對塗布於前述Pt層上之前述糊料進行燒結1小時，藉以獲得在Pt層上具有膜厚6μm的反射層之相對電極。
其他條件與實施例9相同。
[實施例15]
將以平均粒徑400nm的TiO2粒子作為材料的反射層形成用糊料，使用網版印刷塗布於Pt層上。之後，在520℃下對塗布於前述Pt層上之前述糊料進行燒結1小時，獲得 在Pt層上具有膜厚15μm的反射層之相對電極。
其他條件與實施例9相同。
[實施例16]
將以平均粒徑400nm的TiO2粒子作為材料的反射層形成用糊料，使用網版印刷塗布於Pt層上。之後，在520℃下對塗布於前述Pt層上之前述糊料進行燒結1小時，獲得在Pt層上具有膜厚3μm的反射層之相對電極。
其他條件與實施例9相同。
[比較例2]
除了沒設置反射層這點以外，係以同實施例9的順序製作比較例2的色素增感太陽能電池。針對比較例2亦與實施例9~16同樣地使用U-4100(日立HIGH TECHNOLOGIES製)進行採用了波長450nm及550nm的積分球之全反射測定，求出積分反射率。
實施例9~16及比較例2的結果顯示於表7。
[實施例A11]
除了使用厚度40μm的Ti基板來取代FTO玻璃這點以外，係以同實施例9的順序製作色素增感太陽能電池。
[實施例A12]
除了使用厚度40μm的Ti基板來取代FTO玻璃這點以外，係以同實施例10的順序製作色素增感太陽能電池。
[實施例A13]
除了使用厚度40μm的Ti基板來取代FTO玻璃這點以外，係以同實施例11的順序製作色素增感太陽能電池。
[實施例A14]
除了使用厚度40μm的Ti基板來取代FTO玻璃這點以外，係以同實施例12的順序製作色素增感太陽能電池。
[實施例A15]
除了使用厚度40μm的Ti基板來取代FTO玻璃這點以外，係以同實施例13的順序製作色素增感太陽能電池。
[實施例A16]
除了使用厚度40μm的Ti基板來取代FTO玻璃這點以外，係以同實施例14的順序製作色素增感太陽能電池。
[實施例A17]
除了調節反射層形成用糊料的塗布量而在Pt層上形成膜厚15μm的反射層這點以外，係以同實施例15的順序製作實施例A17的色素增感太陽能電池。
[比較例A2]
除了沒設置反射層這點以外，係以同實施例A11的順序製作比較例A2的色素增感太陽能電池。
此外，在實施例A11至A17、及比較例A2中，形成觸媒層之濺鍍條件設為60W、氬氣：4sccm、0.6Pa、1min。
實施例A11~A17及至比較例A2為止的結果 顯示於表8。
[實施例B11]
除了使用薄片電阻13Ω/□(Ω/cm2)的ITO/PEN(聚萘二甲酸乙二酯)基板(王子Tobi製)來取代FTO玻璃這點以外，係以同實施例10的順序製作色素增感太陽能電池。
[實施例B12]
除了使用薄片電阻13Ω/□(Ω/cm2)的ITO/PEN(聚萘二甲酸乙二酯)基板(王子Tobi製)來取代FTO玻璃這點以外，係以同實施例12的順序製作色素增感太陽能電池。
[實施例B13]
除了使用薄片電阻13Ω/□(Ω/cm2)的ITO/PEN(聚萘二甲酸乙二酯)基板(王子Tobi製)來取代FTO玻璃這點以外，係以同實施例14的順序製作色素增感太陽能電池。
[比較例B2]
除了沒設置反射層這點以外，係以同實施例B11的順序製作比較例B2的色素增感太陽能電池。
實施例B11~B13及至比較例B2為止的結果顯示於表9。
[實施例C11]
除了使用厚度50μm的不鏽鋼(SUS304)基板來取代FTO玻璃這點以外，係以同實施例9的順序製作色素增感太陽能電池。
[實施例C12]
除了使用厚度50μm的SUS304基板來取代FTO玻璃這點以外，係以同實施例10的順序製作色素增感太陽能電池。
[實施例C13]
除了使用厚度50μm的SUS304基板來取代FTO玻璃這點以外，係以同實施例11的順序製作色素增感太陽能電池。
[實施例C14]
除了使用厚度50μm的SUS304基板來取代FTO玻璃這點以外，係以同實施例12的順序製作色素增感太陽能電池。
[實施例C15]
除了使用厚度50μm的SUS304基板來取代FTO玻璃這點以外，係以同實施例13的順序製作色素增感太陽能電池。
[實施例C16]
除了使用厚度50μm的SUS304基板來取代FTO玻璃這點以外，係以同實施例14的順序製作色素增感太陽能電池。
[比較例C2]
除了沒設置反射層這點以外，係以同實施例C11的順序製作比較例C2的色素增感太陽能電池。
實施例C11~C16及比較例C2的結果顯示於表10。此外，實施例C11至C16及比較例C2中，形成觸媒層的濺鍍條件設為60W、氬氣：4sccm、0.6Pa、1min。
[實施例D11]
除了使用以平均粒徑20nm的SiO2粒子作為材料的反射層形成用糊料這點以外，係以同實施例9的順序製作色素增感太陽能電池。
實施例D11的結果顯示於表11。
以下的實施例，係觸媒層的材料和上述者不 同。
[實施例E11]
(碳糊料之製作)
藉由在碳0.2g(碳黑0.129g與多孔質碳0.071g)中添加上述的乙醇懸浮液[A]並混合後，再加入乙醇而獲得乙醇懸浮液[C]。所添加之乙醇懸浮液[A]的量係以[A]中所含之二氧化鈦粒子的重量相對於碳的重量成為10%的方式添加。然後，於乙醇懸浮液[C]添加乙基纖維素10cp0.33g與α-萜品醇1.54g，使用超音波進行攪拌。之後，利用旋轉蒸發器除去乙醇，獲得碳糊料。
(觸媒層之製作)
將上述碳糊料使用網版印刷塗布於FTO玻璃上。之後，在370℃下進行30分鐘燒結，藉以在作為支持體的FTO玻璃上形成膜厚8μm的觸媒層。
(相對電極之製作)
於上述觸媒層上，使用網版印刷塗布以平均粒徑400nm的TiO2粒子作為材料的反射層形成用糊料。之後，在370℃進行30分鐘燒結，藉以獲得在FTO玻璃上具有觸媒層及反射層(觸媒層和反射層合計之膜厚15μm)之相對電極。
除了使用上述相對電極這點以外，係以同實施例9的順序製作色素增感太陽能電池。
[比較例E2]
除了沒設置反射層這點以外，係以同實施例E11的順序製作比較例E2的色素增感太陽能電池。
[實施例F11]
(觸媒層之製作)
將使導電性高分子PEDOT：PSS分散於甲苯成為重量比1%的溶液，使用旋塗法塗布於FTO玻璃上，將包含導電性高分子之厚度100nm的觸媒層形成於FTO玻璃上。
(相對電極之製作)
於上述觸媒層上，使用網版印刷塗布以平均粒徑400nm的TiO2粒子作為材料的反射層形成用糊料。之後，在150℃下進行30分鐘燒結，藉以獲得在FTO玻璃上具有厚度6μm的反射層之相對電極。
除了使用上述相對電極這點以外，係以同實施例9的順序製作色素增感太陽能電池。
[比較例F2]
除了沒設置反射層這點以外，係以同實施例F11的順序製作比較例F2的色素增感太陽能電池。
實施例E11及F11、比較例E2及F2的結果顯示於表12。
如表7至表12所示，各實施例的反射層與除了未具備反射層這點之外的同一構成的比較例相較下，皆呈現不會太差的積分反射率。可見反射層的反射率有隨著絕緣 性物質的粒徑變大而提升之傾向，就平均粒徑100nm以上而言，概略呈現和比較例中的白金觸媒層同等以上的值。
就具備反射層之各實施例的色素增感太陽能電池而言，與除了未具備反射層這點以外的同一構成的比較例相較下，在轉換效率上有提升。實施例中轉換效率提升的理由，認為是通過光電極並到達相對電極之光被反射層反射，再度朝光電極入射而提升光利用、以及因電解質部分的厚度相較於比較例的30μm(與間隔物的厚度大致相等)減少了反射層的厚度分量而降低電阻之複合效果的緣故。
又，確認了形成有導電層的支持體之任一種類的反射層的效果。此外，如表11所示，確認了反射層也能用TiO2以外的材料適當地形成。而且，確認了即使是TiO2以外的材料也能使反射層發揮機能。
此外，在將本發明色素增感太陽能電池朝厚度方向彎曲的情況，光電極和反射層部分地接觸，於色素增感太陽能電池彎曲的部位，有時光電極與反射層之間大致沒存在電解質部分(有時電解質部分的厚度大致為0)。就算是那樣的狀態，藉由電解質部分進入存在於光電轉換層及反射層之微細間隙，可沒問題地作為色素增感太陽能電池發揮機能。依據該考察，藉由在光電轉換層及反射層充分含浸電解質部分，亦可構成光電極和反射層遍及全面地接觸，外觀上在兩者之間不存在層狀的電解質部分般的(電解質部分的厚度大致為0般的)色 素增感太陽能電池。藉此種構成，可製作耐彎曲且在被設置成保持彎曲之狀態等情況中也能適當發揮機能之色素增感太陽能電池。
以上，已使用實施形態及實施例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，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。
例如，在本發明第一實施形態的色素增感太陽能電池中，光電極可不具備透光性基板及透明導電層，例如亦可在金屬基板上形成光電轉換層。在該情況，由於不從光電極側取入光，故只要用具有透光性的材料形成相對電極及接觸防止層即可。
例如，就本發明第二實施形態的色素增感太陽能電池所涉及之上述的各實施例而言，雖使用絕緣性的金屬氧化物粒子形成反射層，但亦可使用由ITO、摻雜銻之氧化錫(ATO)、ZrO2、ZnO等構成之導電性的粒子形成反射層。於該情況，可限定於不被彎曲等之用途，藉由一邊抑制粒子間的頸縮(necking)一邊形成反射層，而可形成使用導電性粒子之絕緣性反射層。
又，在本發明第一實施形態及第二實施形態中，即使是使用Pt以外之例如碳或導電性高分子等材料作為觸媒層的材料之情況，透過在前述觸媒層之上設置絕緣性的接觸防止層或絕緣性的反射層，可製作相對電極及電池。
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(基板)
11a‧‧‧基材
11b‧‧‧透明導電層
12‧‧‧光電轉換層
20‧‧‧色素增感太陽能電池用相對電極
21‧‧‧導電層
21A‧‧‧支持體
21B‧‧‧觸媒層
23‧‧‧接觸防止層
30‧‧‧電解質部分
40‧‧‧配線

Claims (13)

  1. 一種色素增感太陽能電池，其具備：光電極，其具有基板、及採用在功能性半導體載持有增感色素的光電轉換材料而形成於前述基板上之光電轉換層；相對電極，其具有導電層、及由絕緣性物質形成且形成在前述導電層的一面上之接觸防止層；及電解質部分，其配置在前述光電極和前述相對電極之間；前述相對電極係以形成有前述接觸防止層的面與前述光電極對向，且前述接觸防止層與前述光電極分離的方式配置。
  2. 如請求項1之色素增感太陽能電池，其中前述接觸防止層的厚度係0.05μm以上100μm以下。
  3. 如請求項1或2之色素增感太陽能電池，其中前述絕緣性物質係金屬氧化物。
  4. 如請求項3之色素增感太陽能電池，其中前述金屬氧化物係為平均粒徑是10nm以上5μm以下的粒子。
  5. 如請求項1或2項之色素增感太陽能電池，其中前述接觸防止層係具有介孔(mesoporous)構造。
  6. 如請求項3之色素增感太陽能電池，其中前述接觸防止層係具有介孔構造。
  7. 如請求項4之色素增感太陽能電池，其中前述接觸防止層係具有介孔構造。
  8. 如請求項1之色素增感太陽能電池，其中前述電解質部分的厚度係大於0且為30μm以下。
  9. 一種色素增感太陽能電池，其具備：光電極，其具有基板、及採用在功能性半導體載持有增感色素的光電轉換材料而形成於前述基板上之光電轉換層；相對電極，其具有導電層、及形成在前述導電層的一面上之絕緣性的反射層；及電解質部分，其配置於前述光電極與前述相對電極之間；前述相對電極係以形成有前述絕緣性的反射層的面與前述光電極對向，且前述絕緣性的反射層與前述光電極分離的方式配置。
  10. 如請求項9之色素增感太陽能電池，其中前述反射層係具有介孔構造。
  11. 如請求項9或10之色素增感太陽能電池，其中前述反射層係由金屬氧化物的粒子形成。
  12. 如請求項11之色素增感太陽能電池，其中前述粒子的平均粒徑為10nm以上5μm以下。
  13. 如請求項9之色素增感太陽能電池，其中前述電解質部分的厚度係大於0且為30μm以下。
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