[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。

背景技术

色素敏化太阳能电池是由瑞士的格莱才尔等开发，由于具有光电转换效率高、制造成本低等优点，所以是备受关注的新时代太阳能电池。

色素敏化太阳能电池通常具备工作电极、对电极、在工作电极的氧化物半导体层担载的光敏化色素、以及配置于工作电极与对电极之间的电解质。

对这样的色素敏化太阳能电池要求光电转换特性的进一步改善，因此，进行有各种研究。

例如专利文献1中，作为色素敏化太阳能电池的氧化钛膜，公开了三极结构的氧化钛膜电极膜结构。该三极结构的氧化钛膜电极膜结构中，与透明基板上的透明导电膜相接的基底层由氧化膜构成，该氧化膜由直径5～10nm的微粒的锐钛矿型结晶粒状氧化钛所构成，设置在基底层上的中间层由多孔膜构成，该多孔膜含有直径30～200nm、长度0.5～20μm的金红石型结晶针状氧化钛和直径5～400nm的锐钛矿型结晶粒状氧化钛，设置在中间层上的最上层由氧化钛膜构成，该氧化钛膜由直径20～400nm的锐钛矿型结晶粒状氧化钛构成。试图通过使用这样的结构的氧化钛膜，在色素敏化太阳能电池中实现高的光电转换效率。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-115055号公报

发明内容

但是，上述专利文献1中记载的色素敏化太阳能电池具有以下课题。

即，上述专利文献1记载的色素敏化太阳能电池在光电转换特性的提高方面存在改善的余地。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的是提供能够提高光电转换特性的色素敏化太阳能电池。

本发明人为了解决上述课题，在专利文献1中记载的氧化钛膜电极膜结构中着眼于中间层中含有的金红石型结晶氧化钛，经过反复深入研究，结果发现在多孔氧化钛层中含有金红石型结晶氧化钛的形状为特定的形状、且中间层中的金红石型结晶氧化钛的含有率在特定范围的层时，可解决上述课题，从而完成了本发明。

即，本发明是一种色素敏化太阳能电池，其具备在可使光透过的导电性基板上具有多孔氧化钛层的工作电极、以与上述工作电极对置的方式配置的对电极、在上述工作电极的上述多孔氧化钛层担载的光敏化色素、以及配置于上述工作电极与上述对电极之间的电解质，其中，上述多孔氧化钛层含有含金红石结晶的层，该含金红石结晶的层含有由锐钛矿结晶构成的锐钛矿结晶型氧化钛和由金红石结晶构成的球状的金红石结晶型氧化钛，上述含金红石结晶的层中的上述金红石结晶型氧化钛的含有率为3～15质量％。

根据该色素敏化太阳能电池，例如太阳光透过工作电极的导电性基板而射入多孔氧化钛层。其后，光射入多孔氧化钛层中的含金红石结晶的层。此时，在含金红石结晶的层中，金红石结晶型氧化钛具有比锐钛矿结晶型氧化钛高的折射率，与锐钛矿结晶型氧化钛相比更容易使光散射。此外，在本发明中金红石结晶型氧化钛为球状，与为针状的情况相比，能够使光向各个方向散射，能够使光均匀地遍及含金红石结晶的层全体。即含金红石结晶的层即使单独使用也具有足够高的光封闭效果。另一方面，含金红石结晶的层中的金红石结晶型氧化钛的含有率为3～15质量％，其余为锐钛矿结晶型氧化钛。这里，与金红石结晶型氧化钛相比，光敏化色素更容易吸附于锐钛矿结晶型氧化钛。因此，在含金红石结晶的层中，与含金红石结晶的层中的金红石结晶型氧化钛的含有率脱离上述范围的情况相比，利用吸附于锐钛矿结晶型氧化钛的光敏化色素，能够更充分地吸收光。这样根据本发明，光的吸收和光的封闭平衡良好地进行，因此能够提高色素敏化太阳能电池的光电转换特性。

上述含金红石结晶的层中的上述锐钛矿结晶型氧化钛的平均粒径优选为15～40nm。

如果锐钛矿结晶型氧化钛的平均粒径在上述范围内，则与超过40nm的情况相比，由于光敏化色素更容易吸附的锐钛矿结晶型氧化钛的比表面积进一步增加，所以能够进一步提高色素敏化太阳能电池的光电转换特性。另外，如果锐钛矿结晶型氧化钛的平均粒径在上述范围内，则与小于15nm的情况相比，由于晶格缺陷更少(即结晶性更高)，所以能够更充分地减少漏电流。

在上述色素敏化太阳能电池中，上述含金红石结晶的层中的上述金红石结晶型氧化钛的平均粒径优选为50～500nm。

如果金红石结晶型氧化钛的平均粒径在上述范围内，则与脱离上述范围的情况相比，多孔氧化钛层中光封闭效果更高，能够进一步提高色素敏化太阳能电池的光电转换特性。