[发明专利]染料敏化太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐久性良好的染料敏化太阳能电池。

背景技术

最近，担忧温暖化等地球环境的恶化，作为绿色能源的太阳光能发电被注目。

但是，其普及还未达到能够满足的状态。

并且，阻碍普及的最大原因之一是在于现在作为主流的硅系太阳能电池的制造成本高。

该制造成本降低不下的主要原因是要廉价且大量地供应硅系太阳能电池所必需的硅半导体，其制法上有局限，今后也不会有大的改善。

相对于该硅系太阳能电池，Gratzel们的小组发表的染料敏化太阳能电池为将被分光敏化染料敏化的光变换层作为工作电极的湿式太阳能电池。

该湿式太阳能电池的基本构成由设置在玻璃等透明基板上的透明导电电极、电解质、分光敏化染料、氧化钛等多孔质半导体层、设置于基板的对电极构成。

这种染料敏化太阳能电池所使用的材料廉价，制作时，因为不需要硅系太阳能电池所必需的真空工艺等的大型设备，所以，作为低成本的太阳能电池受到了注目。

但是，至今与硅系的太阳能电池相比较，开发的染料敏化太阳能电池的可靠性低。

其原因之一是作为电子载体的电解质的密封问题。

当电解质发生泄漏，或者水分等从外部侵入电解质时，不但发电效率降低，而且产生光变换层的劣化，引起染料敏化太阳能电池的寿命变短的问题。

电解质中可列举有液体、凝胶和固体等形态。

泄漏少的凝胶或固体适用电解质密封(专利文献1)。

但是，为了得到硅系同等的高变换效率，优选液体，而且，乙腈等极性高且挥发性高的有机溶剂。

但是，将所涉及的电解液密封于太阳能电池的单元中较难。

因此，为了提高染料敏化太阳能电池的长期可靠性，将处于透明导电电极和对电极的基板之间的电解液通过使用密封材料密封基板端部周边，防止电解液的泄漏或水分的侵入是必不可少的。

作为至今研究的密封方法，有使用液状粘接剂(专利文献2)、热熔薄膜(专利文献3)和玻璃料(专利文献4)等的粘接方式。

并且，在液状粘接剂中可列举硅氧树脂、环氧树脂、丙烯树脂等，但是，任一粘接剂为了提高与基板等的被粘接剂的粘接性，具有一定程度的极性。

因此，由于该极性而使与电解液的亲和性变高，由于侵蚀或膨胀，长期性的密封性能降低。

另一方面，作为极性小的粘接剂报道过聚异乙烯系树脂。

因此，虽然一定程度上抑制因电解液引起的侵蚀或膨胀，但是因为其粘接性低劣，担心长期来看会由于剥离引起密封性能降低。

此外，热熔薄膜中可列举分子链中具有羧酸基的热塑性树脂，具体是HIMILAN(三井杜邦化学制品公司)(专利文献5)。

但是，因为液状粘接剂同样具有极性，所以，担心长期的密封性会降低。

另一方面，利用玻璃料的密封虽然密封性能好，但是因为需要一般为450℃以上的热处理，所以，担心会导致以敏化染料为主的构成部件变质。

此外，操作变得繁杂，导致制造成本的恶化。

另一方面，通过使用水玻璃等硅酸盐，能够将固化温度设为60℃以下。

可是，水玻璃中含有的水或钠等溶解于电解质，担心会使变换效率降低(专利文献7)。

再者，因为太阳能电池是通过太阳光的照射而使电池温度上升，所以，在任何的粘接方式中，在密封材料和基板的线膨胀率不同的情况下，担心会由于因温度的变化引起的膨胀收缩而产生粘接部分的剥离或基板的破损。

对于这种粘接方式的密封问题，提出了将具备弹性的合成树脂用于如图2所示的密封材料，将其配置于基板端部的周边，通过由基板夹持压缩，从而密封电解液的非粘接方式(专利文献6)。

即，光电极104由透明的第一电极基材101、设在该第一电极基材101的一表面的第一导电膜102、采用半导体材料形成于该第一导电膜102上并且吸着敏化染料而成的多孔质的半导体层103构成。

此外，对电极107由第二电极基材105、以及设在该第二电极基材105的一表面的第二导电膜106构成。

含有液状或者凝胶状电解质的电解质层108介于该光电极104和对电极107之间。

再者，在光电极104和对电极107之间设有密封电解质层108的密封材料，使用具有弹性的合成树脂制密封垫109作为该密封材料。

此外，为了使这些部件一体化，通过四个螺栓111和螺母112紧固保持光电极104和对电极107的四处的角部。

根据本方法，由于密封材料具有弹性，从而可以随着基材的膨胀收缩，因此粘接部分的剥离或基板的破损的担心减少，能够确保密封的长期可靠性。