[发明专利]光交联性电解质组合物和色素增感型太阳能电池

说明书

关联申请

本申请主张在日本于2009年11月18日提出申请的日本特愿2009-263105的优先权，将其全体以参照的方式作为本申请的一部分进行引用。

技术领域

本发明涉及用于色素增感型太阳能电池的光交联性电解质，其为凝胶化或固体化的电解质；本发明还涉及用于形成电解质的光交联性电解质组合物；进一步涉及具备上述电解质的色素增感型太阳能电池。

背景技术

太阳能电池为将太阳光能直接转换为电能的半导体器件。若说硅结晶系为第一代、非晶硅系为第二代、化合物半导体(GaAs等)为第三代，则色素增感系为第四代的太阳能电池，目前受到关注。

通常将色素增感型太阳能电池称为Gratzel型电池或湿式太阳能电池。例如，典型的色素增感型太阳能电池的电池单元(セル)由光电极、对电极以及电解质构成，所述光电极是在透明电极上烧结二氧化钛粉末并对其进行钌络合物等色素的吸附而成的，所述对电极为与该光电极对向配设的铂或碳等，所述电解质被上述2片电极夹在中间。并且，在电解质中使用碘的氧化还原电对(redox couple：I^-/I₃^-)，作为其溶剂使用碳酸酯系、腈系有机溶剂。

在这样的色素增感型太阳能电池中，首先，入射到电池中的光对吸附至二氧化钛的色素进行激发，接下来由所激发的色素向二氧化钛注入电子。其结果，色素变成氧化体，从电解质中的还原体(I^-)接受电子，色素的氧化体回复到基础状态。并且，电解质中的还原体变成氧化体(I₃^-)，该电解质中的氧化体在对电极再次接受电子回复到还原体(I^-)。如此，在色素增感型太阳能电池中，通过电子在两电极间进行循环而产生光电动势。

但是，在这样的液态电解质中，会产生漏液、或由于溶剂蒸发而使电池性能降低。因此，为了提高色素增感型太阳能电池的耐久性，需要防止电解液的漏液和其溶剂的蒸发。于是，为了防止这样的问题，要求在太阳能电池中具有复杂的密封结构。但是，用于防止电解液漏液和溶剂蒸发的密封结构在生产上不利，从该方面出发，进行了使电解质固体化的技术开发。

作为使电解质凝胶化的方法，可以举出物理交联型、化学交联型。物理交联型使用聚丙烯腈或自组织化胶凝剂，在高温气氛下制成液态注入到电池单元中，利用在常温气氛下进行凝胶化的性质。但是，对于这样的物理交联型凝胶来说，若温度变高则流动性增高，从而可能会产生漏液。

另一方面，在化学交联型中采取如下方法：在电解质溶液中加入具有丙烯酰基或甲基丙烯酰基的单体或低聚物、以及自由基聚合剂，进行溶解，注入到电池单元中后，进行自由基聚合。但是，在为应用至色素增感型太阳能电池中的电解质的情况下，碘成为阻聚剂，因而具有不能充分进行交联这样的问题。

因此，W.Kubo,Y.Makimoto,T.Kitamura,Y.Wada,S.Yanagida,Chem.Lett.,948(2002)中提出了在电解质凝胶化之后导入碘的方法，但该方法中，不仅制造法繁杂，而且电解质中碘的扩散速度迟缓，因而电动势差。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：W.Kubo,Y.Makimoto,T.Kitamura,Y.Wada,S.Yanagida,Chem.Lett.,948(2002)

发明内容

发明所要解决的课题

鉴于这样的现有技术的课题，本发明的目的在于提供一种对于色素增感型太阳能电池的电解质进行凝胶化、固体化的方面有效的电解质组合物。

本发明的其他目的在于提供使用这样的电解质组合物的色素增感型太阳能电池。

用于解决课题的手段

本发明人为了达成上述课题进行了深入研究，结果发现：(i)含有后述的化学式1所示官能团的高分子即使在碘等氧化还原电对的存在下也能够进行光交联反应；(ii)并且，经这样的光交联反应而凝胶化或固体化的电解质在高温气氛下其流动也受到抑制，可以对色素增感型太阳能电池赋予优异的耐久性；(iii)进一步地，这样的色素增感型太阳能电池在光电动势方面也优异，基于这些发现从而完成了本发明。

即，本发明为含有氧化还原电对、离子液体、以及具有下述化学式1所示官能团的光交联型液晶性聚合物的光交联性电解质组合物。

…化学式1