[发明专利]太阳能电池用电极体及其制造方法、具备该电极体的太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及能够用作有机薄膜太阳能电池和染料敏化太阳能电池这两者的构成要素、并且耐热性优良的太阳能电池用电极体及其制造方法。本发明还涉及具备该电极体的太阳能电池。

背景技术

大致分为有机薄膜太阳能电池和染料敏化太阳能电池的有机系太阳能电池，与硅系太阳能电池或化合物系太阳能电池相比，没有资源方面的制约，原材料便宜，并且制法简便，因此具有可以降低生产成本，轻量，并且可以保持柔软性等的优点。

有机薄膜太阳能电池，具有将包含空穴传输体（p型半导体）和电子传输体（n型半导体）的光电转换层夹持在阳极和阴极之间的结构。一般来说，在玻璃等透明基体的表面上形成有锡掺杂氧化铟（ITO）、氟掺杂氧化锡（FTO）等半导体陶瓷蒸镀层的透明电极被用作阳极，具有小于ITO或FTO的功函数的铝膜、镁-银合金膜等金属电极被用作阴极。在隔着透明电极对上述光电转换层照射光时，在光电转换层内生成电子和空穴，空穴和电子各自独立地被传输，空穴通过空穴传输体被传输至阳极侧，电子通过电子传输体被传输至阴极侧。

然而，有机薄膜太阳能电池的性能，不仅受光电转换层的影响，而且还受到阳极与光电转换层的界面的影响。阳极与光电转换层之间的平滑性、密合性差，会引起从光电转换层向阳极的空穴传输效率下降，这也导致太阳能电池的短路电流密度下降，并且使光电转换效率下降。为了防止这种情况，在阳极和光电转换层之间，设置有由具有空穴传输能力的导电性聚合物层构成的空穴提取层。该空穴提取层的主要作用在于，使阳极表面平滑化，减小光电转换层与阳极的界面电阻。

作为该空穴提取层，频繁使用由聚噻吩、特别是聚（3,4-亚乙基二氧噻吩）的聚苯乙烯磺酸盐形成的层（以下，将3,4-亚乙基二氧噻吩表示为“EDOT”，将聚（3,4-亚乙基二氧噻吩）表示为“PEDOT”，将聚苯乙烯磺酸表示为“PSS”，将聚（3,4-亚乙基二氧噻吩）的聚苯乙烯磺酸盐表示为“PEDOT：PSS”）。例如，非专利文献1（Solar Energy Materials&Solar Cells94（2010）623-628）公开了一种如下形成的有机薄膜太阳能电池：在由ITO玻璃电极形成的阳极上旋涂PEDOT：PSS水性分散液而形成空穴提取层，接着，通过真空蒸镀法依次形成由铜-酞菁形成的空穴传输体层、由富勒烯形成的电子传输体层、由氟化锂薄膜形成的空穴阻挡层、以及由铝膜形成的阴极。该文献报道：由于PEDOT：PSS空穴提取层，故ITO玻璃电极表面的凹凸得到显著改善，并且从光电转换层向阳极的空穴传输效率也得到显著改善，因此太阳能电池的短路电流密度大幅提高。

染料敏化太阳能电池，具有将包含成对的氧化态物种和还原态物种的电解质层夹持在阴极和阳极之间的结构，其中，所述阴极具有包含作为光敏剂的色素的半导体层，所述阳极具有将电解质层中的氧化态物种转化为还原态物种的催化剂层。一般来说，在上述透明电极上形成有负载了钌络合物等色素的氧化物半导体层的电极被用作阴极，通过溅射法、真空蒸镀法等使Pt附着在上述透明电极或钢等基体上的电极被用作阳极。在隔着透明电极对半导体层的色素照射光时，色素吸收光能而成为激发状态，并向半导体放出电子。放出的电子由半导体层向透明电极移动，并进一步经由外部电路从透明电极向阳极移动。然后，利用阳极的Pt催化剂层的作用，电解质层的氧化态物种（例如，I₃^-）从阳极接受电子，向还原态物种（例如，I^-）转化，而且，还原态物种（例如，I^-）向色素放出电子，从而向氧化态物种（例如，I₃^-）转化。