[发明专利]光电转换元件及使用该光电转换元件的太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及光电转换元件及使用该光电转换元件的太阳能电池。

背景技术

太阳能电池利用太阳光代替化石燃料作为能源，已经开展了许多与其相关的研究。目前，实用化太阳能电池的主流是单晶、多晶或非晶(无定形)硅，其材料成本及制造工艺中的能源成本高，很大程度上阻碍了太阳能电池的普及。

另一方面，作为新型太阳能电池，特开平1-220380号公报(专利文献1)、国际公开第WO94/05025号公报(专利文献2)等中，作为利用金属络合物的光致电子转移的光电转换元件，公开了染料增感太阳能电池。

此类染料增感太阳能电池由下述部分组成：由吸附了染料的多孔半导体层构成的光电转换层、载流子输送层和一对电极。在多孔半导体层中，作为在可见光区域具有吸收光谱的增感染料，吸附了二吡啶合钌络合物。

在此类电池中，如果用光照射由多孔半导体层和染料构成的光电转换层，则染料中的电子受到激发，该电子通过外部电路向相反极移动。移动至相反极的电子，通过载流子输送层即电解质中的离子的运输返回光电转换层。这样的过程周而复始，产出电能。然而，与硅太阳能电池相比，染料增感太阳能电池的现状尚停留在低光电转换效率阶段。

其中，在特开2000-106222号公报(专利文献3)中公开了如下的以提高光电转换效率为目标的技术：在多孔半导体层中混合使用粒子大小分布不同的粒子。

此外，特开平10-255863号公报(专利文献4)公开了如下的以提高光电转换效率为目标的技术：层叠2层氧化钛。

此外，特开2002-222968号公报(专利文献5)公开了如下的以提高光电转换效率为目标的技术：层叠由粒径不同的粒子构成的多孔半导体层。

此外，特开2003-217689号公报(专利文献6)公开了如下的以提高光电转换效率为目标的技术：控制在可见光区的雾度。

专利文献1：特开平1-220380号公报

专利文献2：国际公开第WO94/05025号公报

专利文献3：特开2000-106222号公报

专利文献4：特开平10-255863号公报

专利文献5：特开2002-222968号公报

专利文献6：特开2003-217689号公报

发明内容

发明所要解决的问题

然而，在上述专利文献3～6的方法中，存在下述问题。一般地，如果对氧化物半导体粒子进行加热，则该粒子会随温度升高而生长，还已知粒子之间会进一步结合，而巨大化。即，即使是用控制了粒径的粒子来形成多孔半导体层，在加热过程中粒子也会巨大化，因此其多孔半导体层的粒径分布及与之相伴的光学特性具有不确定性。

由于以上原因，即使像上述专利文献3那样，仅对多孔半导体层原料溶液(或悬浮液)中的氧化钛粒径采用SEM、X射线衍射等方法进行测定和规定，形成多孔半导体层后的半导体的粒径分布也因该多孔半导体层的形成条件而异，因此未必能够获得高光电转换效率。

此外，同样在专利文献4中也是使用仅规定了氧化钛粒径的原料溶液(或悬浮液)来形成光反射粒子层，形成的光反射粒子层中的粒径分布不确定，光反射率具有不确定性。因此，未必能够获得高光电转换效率。

而且，专利文献4中还有如下描述：“将(悬浮液中的氧化钛的)粒径控制在约200～500nm的范围，以使光散射达到最大”，以及该粒径“相对于光的波数K，为1.3×π/K”。由以上2点可知：所谓在专利文献4中用于提高光电转换效率的“光”，其波长范围包含约310～770nm的可见光区域和一部分紫外光。

此外，在上述专利文献5中，为提高光电转换效率，规定了多孔半导体层的原料溶液(或悬浮液)中的半导体粒子的粒径，并据此规定了可见光区域内的多孔半导体层的散射性，但如上述，光学性质(此处是散射性)因多孔半导体层的形成条件而异，光电转换效率也因制作条件而变化。

上述专利文献6在多孔半导体层方面引入了可见光区域的雾度的概念。这改善了可见光区域的量子产率，其作为提高交换效率的方法是有效的，但却无法获得更高的转换效率。

解决问题的方法

本发明的发明人为实现高效光电转换元件而进行了多孔半导体层性质的改善，在此过程中，我们注意到多孔半导体层在近红外区的光学性质，发现：通过规定该半导体在近红外区的雾度，可以获得具有良好光电转化效率的光电转换元件，从而完成了本发明。即，本发明提供：