[发明专利]透明导电薄膜及光电转换元件

说明书

技术领域

本发明涉及具有耐腐蚀性的透明导电薄膜和包括该透明导电薄膜的光电转换元件。

背景技术

近来，染料敏化太阳能电池作为光电转换元件之一正被研制。染料敏化太阳能电池包括承载颜料的半导体层、与该半导体层接触的负电极、电解质和通过夹置在正电极与电解质之间的电解质与半导体层面对的正电极。颜料通过入射到半导体层的光发出光子，并且所发出的光子经由半导体层被输送到负电极。负电极与正电极被连接到外部电路，并且使经由外部电路已经到达正电极的电子通过电解质返回到颜料。通过重复上述循环，可以在外部电路中释放电能。

在染料敏化太阳能电池中，通常采用其中通过透明导电薄膜形成负电极并且使太阳光从负电极侧进入半导体层的系统(例如，参见日本专利申请公报第2005-19205号与日本专利申请公报第2006-66278号)。在此情况下，为了便于有效地释放从颜料发出的电子，要求与半导体层接触的负电极具备较高的光透射率与较低的电阻。另一方面，为了阻止转换效率的暂时降低，要求负电极的构成材料对电解质的溶解更具耐久性。因此，将掺杂氟的氧化锡(fluorine-doped tin oxide，FTO)广泛用作构成负电极的透明导电薄膜。

发明内容

但是，由于FTO薄膜具有比其它透明导电氧化物如氧化锌(ZnO)和氧化铟锡(indium tin oxide，ITO)更高的抵抗系数，所以限制了光电转换效率的提高。另一方面，由于ITO薄膜和氧化锌系透明导电薄膜的耐酸性很差，所以难以将其应用到使用腐蚀性较强的电解质的太阳能电池中。

基于上述情况，需要具有透明性、导电性和耐腐蚀性的透明导电薄膜以及包括该透明导电薄膜的光电转换元件。

根据本发明的实施例，提供包括第一导体层和第二导体层的透明导电薄膜。

第一导体层由具有第一比电阻的第一透明导电氧化物形成。

第二导体层层压在第一导体层上，具有大于等于第一比电阻且小于等于1*10⁶Ω*cm的第二比电阻，并且由含钛的第二透明导电氧化物形成。

透明导电薄膜通过多层薄膜形成，该多层薄膜由第一导体层和具有高于第一导体层的阻抗的第二导体层构成。由于第二导体层具有1*10⁶Ω*cm或者更小的比电阻，所以抑制了整个薄膜薄层阻抗的增加，并且可以使整个薄膜的薄层阻抗大约处于与第一导体层单体的薄层阻抗相同的水平。此外，也可以抑制透明性的降低。另外，由于氧化钛对酸具有良好的耐久性，所以通过利用含氧化钛的第二导体层覆盖第一导体层，可以有效地保护第一导体层免受酸的腐蚀。

在层压第二导体层之后所获得的薄层阻抗相对于第一导体层单体的薄层阻抗增加了10Ω/□或者更小。利用此结构，可以在不损害第一导体层的低阻抗特性的情况下，获得对第一导体层的保护效果。

第一透明导电氧化物可以是含铟的氧化锡(ITO)。利用此结构，可以容易地降低第一导体层的阻抗。

透明导电薄膜还可以包括第三导体层。第三导体层设置在第一导体层内部，具有小于第一比电阻的第三比电阻，并且形成为格状。可以将金属层用作第三导体层。利用此结构，可以额外地降低整个透明导电薄膜的薄层阻抗。

根据本发明的实施例，提供包括第一电极、氧化物半导体层、第二电极和电解质层的光电转换元件。

第一电极包括第一导体层和第二导体层。第一导体层由具有第一比电阻的第一透明导电氧化物形成。第二导体层层压在第一导体层上，具有大于等于第一比电阻且小于等于1*10⁶Ω*cm的第二比电阻，并且由含钛的第二透明导电氧化物形成。

氧化物半导体层与第二导体层接触，并且承载光敏化颜料。

第二电极与氧化物半导体层相对。

电解质层设置在氧化物半导体层与第二电极之间。

在光电转换元件中，第一电极对强氧化性的电解质具有透明性、导电性和充分的耐久性。因此，利用此转换元件，可以通过负电极的低阻抗来提高光电转换效率，并且可以阻止光电转换效率因阻止负电极受腐蚀而随时间降低。

氧化物半导体层可以由多孔的氧化钛形成。利用此结构，由于氧化物半导体层与第二导体层由同一类型的材料形成，所以可以增强电子从氧化物半导体层向第一电极的输送效率，并且可以提供光电转换效率。

根据本发明的实施例，能够获得具有良好透明性、导电性和耐腐蚀性的透明导电薄膜。此外，能够获得其光电转换效率得以提高的光电转换元件。