[发明专利]色素增感太阳能电池及色素增感太阳能电池的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及在不使用金属络合物色素的情况下能够大幅地扩大光吸收波长范围、并能够实现优异的光电转换特性的色素增感(也称为染料敏化)太阳能电池及色素增感太阳能电池的制造方法。

背景技术

色素增感太阳能电池是利用了身边的材料即金属氧化物半导体多孔膜的太阳能电池，与硅太阳能电池相比，一直期待其作为在不需要高价的材料和工艺的情况下能够实现廉价的太阳能电池的设备而被实用化。

这样的色素增感太阳能电池的基本原理如专利文献1中公开的那样如下所述。首先，若对色素增感太阳能电池照射光，则吸附在金属氧化物半导体多孔质层表面的增感色素吸收光，色素分子内的电子被激发，电子向半导体传递。由此，在光电极侧产生电子，该电子经过电路而移动至正电极中。然后，移动至正电极的电子通过电解质层而返回到光电极中。通过重复这样的过程，能够产生电能，实现高的光电转换效率。

色素增感太阳能电池的光电转换效率受到增感色素的光吸收特性的很大影响。增感色素的吸收波长域与增感色素所具有的化学结构有关，现状是一直没有得到从可见光整个区域到近红外线区域内光吸收效率高的增感色素。

与此相对，专利文献2、3、4等中公开了通过使金属氧化物半导体多孔膜中担载光吸收特性不同的多种增感色素来提高色素增感太阳能电池的光电转换效率的方法。

具体而言，专利文献2中记载了通过在金属氧化物半导体纳米多孔膜中按照氧化还原电位小的顺序层叠吸附氧化还原电位不同的2种以上的增感色素来提高光电转换效率的方法。

此外，专利文献3中记载了通过化学吸附2种以上的增感色素并吸附 到金属氧化物半导体纳米多孔膜上来得到高特性的方法。

进而，专利文献4中记载了通过使金属氧化物半导体纳米多孔膜的表面的不同的部位吸附2种色素来提高特性的方法。

这些方法均为将金属络合物色素与有机色素并用而担载的方法，但由于有机色素与金属氧化物半导体多孔膜的吸附性高，所以通过以良好的控制方式担载金属络合物色素与有机色素，难以扩大光吸收波长范围而提高光电转换特性。此外，金属络合物色素大多为钌等稀有金属的络合物，有可能变成资源不足，而且还高价。进而，金属氧化物半导体为氧化锌时，发生钌络合物色素容易从氧化锌膜中溶出等问题。因此，寻求一种在不使用金属络合物色素的情况下能够扩大光吸收波长范围的色素增感太阳能电池。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第2664194号公报

专利文献2：日本专利第3505414号公报

专利文献3：日本专利第4574897号公报

专利文献4：日本特开2009-032547号公报

发明内容

发明要解决的课题

本发明提供在不使用金属络合物色素的情况下能够大幅地扩大光吸收波长范围、并能够实现优异的光电转换特性的色素增感太阳能电池及色素增感太阳能电池的制造方法。

用于解决课题的手段

本发明为一种色素增感太阳能电池(也称为染料敏化太阳能电池)，其是具有在形成有透明导电层的基板的上述透明导电层上层叠含有金属氧化物粒子的金属氧化物多孔质层、且在上述金属氧化物多孔质层上担载有增感色素的光电极的色素增感太阳能电池，其中，上述增感色素含有花青系有机色素及含吲哚满骨架的色素，上述花青系有机色素及含吲哚满骨架的色素以多阶段担载于金属氧化物多孔质层上，并且，在上述金属氧化物粒 子的表面，上述花青系有机色素以比上述含吲哚满骨架的色素高的浓度存在。

本发明人们进行了深入研究，结果发现，通过在金属氧化物多孔质层上以多阶段担载含有花青系有机色素及含吲哚满骨架的色素的增感色素，可得到在不使用金属络合物色素的情况下能够大幅地扩大光吸收波长范围、且具有高的光电转换特性的色素增感太阳能电池，从而完成了本发明。

图1是表示本发明的色素增感太阳能电池的一个例子的模式图。