[发明专利]光电转换元件和含有其的太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及光电转换元件和含有其的太阳能电池。

背景技术

近年，正在努力研究无限且不产生有害物质的太阳光的利用。作为该绿色能源的太阳光的应用方法，可举出适用于利用了光电动势效应的太阳能电池。所谓光电动势效应是指通过对物质照射光而产生电动势的现象，通过使用含有该物质的光电转换元件，可以将光能转换成电能。已实用化的太阳能电池主要是使用了含有单晶硅、多晶硅、无定形硅、碲化镉、和硒化铟铜等无机材料的光电转换元件的无机系太阳能电池。但是，无机系太阳能电池由于使用的无机材料需要高的纯度，所以制造工序复杂，存在制造成本高等的缺点。

作为解决上述无机系太阳能电池的缺点的方法，提出了光电转换元件使用有机材料的有机系太阳能电池。作为该有机材料，例如可举出使p型有机半导体和功函数小的金属接合而成的肖特基型光电转换元件、使p型有机半导体和n型无机半导体、或者使p型有机半导体和受电子性有机化合物接合而成的异质结型光电转换元件等。在该光电转换元件所含的上述有机半导体中，可使用叶绿素和苝等合成色素或颜料、聚乙炔等导电性高分子材料、或它们的复合材料等。另外，这些材料可以通过真空蒸镀法、流延法、或浸渍法等而薄膜化并应用于太阳能电池。有机系太阳能电池虽然能够低成本化和大面积化，但光电转换效率低至1%以下，另外，耐久性成为问题。

在这样的背景下，由瑞士的格莱才尔博士等报道了显示良好的特性的太阳能电池（例如参照非专利文献1）。该太阳能电池是色素敏化型太阳能电池，更具体而言，是将以钌配合物分光敏化的氧化钛多孔薄膜作为工作电极的湿式太阳能电池。作为该太阳能电池的优点，可举出由于能以氧化钛等廉价的金属化合物作为半导体原料，所以不需要像上述无机材料那样高纯度化，通过钌配合物的色素敏化效应，可利用的光的波长遍及至可见光区域。由此，色素敏化型太阳能电池与无机材料相比，制造成本低，能够有效地将可见光成分多的太阳光能转换成电能。

但是，钌在地球上的储量极少，产量是每年几顿。因此，对于使用钌的色素敏化型太阳能电池的实用化来说，存在钌昂贵、可能供给量不足的问题。另外，由于钌配合物的经时稳定性低，所以用于太阳能电池时，从耐久性的观点看也存在问题。因此，需要代替钌配合物的廉价且可大量供给的、具有耐久性的敏化色素。

从这样的背景出发，作为代替钌配合物的敏化色素，例如，专利文献1中公开了使用酞菁化合物的湿式太阳能电池。专利文献1中记载的酞菁化合物由于能和二氧化钛表面（半导体）形成牢固的吸附结合状态，所以可以提高太阳能电池的耐久性。但是，专利文献1记载的酞菁化合物的吸收波长区域窄，具有不能充分吸收具有大范围的光谱的太阳光的问题。

因此，近年来提出了使多种不同的敏化色素吸附于半导体的方法（例如，参照专利文献2、3和非专利文献2、3）。报告了根据该方法，尽管通过适用多种敏化色素能够使吸收波长区域长波长化，但敏化色素与半导体的吸附力弱，耐久性出现问题。

另外，非专利文献4和5中报告了含有兼具π电子共轭系和具有吸电子性的酸性吸附基团的敏化色素的光电转换元件显示出高达5～9%的光电转换效率。

专利文献1：日本特开平9-199744号公报

专利文献2：日本特开2003-249279号公报

专利文献3：日本特开2006-185911号公报

非专利文献1：Nature,353,737(1991),B.O’Regan,M.Gratzel

非专利文献2：J.Phys.Chem.B.,105,9960(2001),A.Ehret,M.T.Spitler

非专利文献3：New.J.Chem.,29,773(2005),Y.Chen,B.Zhang

非专利文献4：J.Phys.Chem.B,107,597(2003),K.Hara,H.Arakawa

非专利文献5：J.Am.Chem.Soc.,126,12218(2004),T.Horiuchi,S.Uchida

发明内容

如上所述，迄今为止报道的光电转换元件具有以下问题，即具有耐久性但敏化色素的光吸收波长区域窄，或者含有能吸收大范围波长的光的敏化色素但耐久性不充分。如果考虑对太阳能电池的应用，则需要能有效地利用具有大范围的光谱的太阳光且可长期使用的光电转换元件。

因此，本发明的目的在于提供光电转换效率优异且具有高耐久性的光电转换元件。