[发明专利]色素敏化太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种色素敏化太阳能电池，特别是涉及使用了多种增敏色素的高效率的色素敏化太阳能电池。

本申请主张基于2011年7月29日在日本提出的“特愿2011-166664号”申请的优先权，特将其内容援引于此。

背景技术

作为化石燃料的替代能源，利用阳光的太阳能电池受到了人们的关注，有各种研究得到了开展。太阳能电池是将光能转换成电能的光电转换装置之一，由于是以阳光作为能源，所以对地球环境的影响极小，有待于更进一步的普及。

作为太阳能电池的原理、材料，针对各种情况展开了研究。其中，现在最普及的是利用了半导体的pn结的太阳能电池，并且以硅作为半导体材料的太阳能电池在大量市售之中。这些太阳能电池大致分为：使用了单晶硅或多晶硅的结晶硅系太阳能电池；使用了非晶硅（无定形硅）的非晶硅系太阳能电池。

在结晶硅系太阳能电池和非晶硅系太阳能电池中，不论哪一种硅系太阳能电池都需要制造高纯度半导体材料的工序、形成pn结的工序，因而存在制造工序数增多的问题；以及，由于需要在真空下的制造工序，因而存在设备成本和能量成本增高的问题。因此，为了能够以更低的成本来获得太阳能电池，一直以来对使用有机材料替代硅系材料的太阳能电池进行了长期研究，但它们大多数光电转换效率低，尚未达到实用化阶段。

但是，在1991年提出了一种应用光诱导电子移动的色素敏化太阳能电池（光电转换装置）（专利文献1）。该色素敏化太阳能电池，具有高光电转换效率并无需大规模的制造装置，通过使用廉价的材料就能够简易地生产效率良好地进行制造，因此，在作为新一代太阳能电池上寄予了期待。

色素敏化太阳能电池，主要是通过由玻璃等透明基板、FTO（氟掺杂氧化锡（IV）SnO₂）等透明导电层组成的透明电极（负极）、保持增敏色素的半导体层、电解质层、对电极（正极）、对向基板、以及密封材料等所构成。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第2664194号公报

专利文献2：日本特许第4380779号公报

非专利文献

非专利文献1：柴山直之等，电化学会第74次大会（2007），PS06，“增敏色素β-二酮酸酯三联吡啶钌络合物的氟置换对电池性能产生的影响（増感色素β－ジケトナートターピリジンRu錯体のフッ素置換が電池性能に及ぼす影響）”

发明内容

发明要解决的课题

以往，为了使色素敏化太阳能电池实现高光电转换效率，一直被认为以使用纯度高的单一种的色素为佳。这是因为考虑有如下情况：当将多种色素掺杂于一个半导体层上时，引起色素相互之间的电子授受或电子与空穴的复合、或者从受激发的色素转让给半导体层的电子被不同种类的色素所捕获，从而由受激发的增敏色素到达透明电极的电子减少，由所吸收的光子获得电流的比率、即量子收率显著降低。

作为单独使用的色素，通常使用了作为联吡啶络合物之一的二（四丁基铵）顺式-双（异硫氰基）双（2,2'-联吡啶-4,4'-二羧酸）钌（II）络合物（通称N719），其作为增敏色素的性能的优良的。除此之外，通常还使用了作为联吡啶络合物之一的顺式-双（异硫氰基）双（2,2'-联吡啶-4,4'-二羧酸）钌（II）（通称：N3）、作为三联吡啶络合物之一的三（四丁基铵）三（异硫氰基）（2,2':6',2''-三联吡啶-4,4',4''-三羧酸）钌（II）络合物（通称：黑染料（ブラックダイ：Black dye））。

特别是在使用N3、黑染料（Black dye）时，还经常使用共吸附剂。共吸附剂是用于防止色素分子在半导体层上进行缔合（会合）而添加的分子，作为有代表性的共吸附剂，可以举出鹅脱氧胆酸、牛磺脱氧胆酸盐以及1-癸基磷酸（1－デクリルホスホン酸）等。作为这些分子结构的特征，可以举出：作为容易吸附于构成半导体层的氧化钛上的官能团，具有羧基、膦酰基等；以及，通过σ键来形成以便介于色素分子之间而防止色素分子间的干涉等。另外，也报告有通过混合光敏色素来使用的例子。但是，在该报告中是将羧基或膦酰基作为固定基团来使用（专利文献2）。

通常为了有效地运行太阳能电池，首先，重要的是提高光吸收率以能够最大限度地利用入射到太阳能电池的光；接下来，重要的是提高将吸收的光能转换成电能的转换效率。在色素敏化太阳能电池中，光吸收是由光敏色素来承担的，因此期望能够通过选择对入射光具有最适合的光吸收特性的色素作为增敏色素来提高光吸收率。