染料敏化太阳能电池以及用于该电池的电极和层压薄膜制造技术

本发明专利技术提供层压薄膜，该层压薄膜含有多孔半导体层、透明导电层和透明塑料薄膜，上述多孔半导体层含有结晶性氧化钛纤维和结晶性氧化钛微粒，该结晶性氧化钛纤维和该结晶性氧化钛微粒实质上由锐钛矿相和金红石相构成，由Ｘ射线衍射的积分强度比计算的锐钛矿相含量比在１．００－０．３２之间，并且用于染料敏化太阳能电池的电极。本发明专利技术还提供该电极以及使用该电极的染料敏化太阳能电池。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及染料敏化太阳能电池以及用于该太阳能电池的电极 和层压薄膜。更具体地说，涉及使用塑料基材、同时可以制备光发电 性能高的染料敏化太阳能电池的染料敏化太阳能电池用电极；用于该 电极的层压薄膜和该染料敏化太阳能电池。
技术介绍
自提出了使用染料敏化半导体微粒的光电转换元件以来("Nature",第353巻，第737-740页、(1991年))，染料敏化太阳能电 池作为替代硅系太阳能电池的新型太阳能电池受到人们的关注。使用塑料基材的染料敏化太阳能电池可实现柔软化或轻量化，因 此受到人们的关注。通常的使用玻璃基板的染料敏化太阳能电池中， 为了提高氧化物半导体颗粒间的粘着性、以及为了形成可提高光电转 换效率的多孔结构，需实施高温热处理。但是，该温度通常为400°C 以上，在塑料基板上难以直接进行高温热处理。因此，日本特开平 11-288745号公报中，通过使金属箔氧化、进一步在表面上形成凹凸， 制作了使用塑料基材的染料敏化太阳能电池。但是，仍然存在比表面 积不充分，光电转换效率无法充分得到提高的问题。另外，日本特开 2001-160426号公报中提出了先在金属箔上实施金属氧化物的高温热 处理、然后剥离该金属氧化物层、再通过粘合剂固定在塑料基材上的 方法。但是，工序繁杂，不适合量产。日本特开2002-50413号公报中 提出了通过在塑料基材上涂布金属氧化物颗粒，由此形成半导体金属 氧化物层的方法。但是，固定在透明导电层上的金属氧化物颗粒在应 用时是粉末状，存在发生脱离或在电解液中剥离的问题。日本特开2001-93590号公报和日本特开2001-358348号公报中记 载通过将金属氧化物的针状晶体用于太阳能电池用电极，可以使电 荷传输效率提高。但是，为了获得良好的多孔结构、实现高的电荷传 输效率，必须适当控制金属氧化物的结晶状态。例如，金属氧化物为 氧化钛时，优选为锐钛矿相。但是，具有针状锐钛矿相的氧化钛难以 制备，通常是优先形成更为稳定的金红石相。结果，其光电转换效率 不足。制备金属氧化物的方法有静电纺丝法。该方法中，将含有聚合物 等烧失成分的氧化物前体以高长宽比喷到基材上，然后在高温下热处 理，得到金属氧化物。利用该静电纺丝法在玻璃基材上设置了金属氧 化物层的染料敏化太阳能电池用电极是已知的。如上所述，染料敏化 太阳能电池记载于US2005/0109385和Nanotechnology， 2004年， 1861-1865页Mi Yeon Song等人所著的文章中。上述染料敏化太阳能电池用电极中，将金属氧化物前体以高长宽 比的状态喷到玻璃基板上的透明导电层上并堆积，然后通过高温烧结 获得金属氧化物层。进行该烧结时，由于金属氧化物的自身收縮，金 属氧化物存在从透明导电层上剥离的倾向，即使只通过静电纺丝法设 置金属氧化物的层，也无法实现足够高的比表面积和高的电荷传输效 率。并且，玻璃基材上的金属氧化物的烧结步骤本身是在40(TC以上 进行的，因此难以将该技术应用于使用塑料基材的染料敏化太阳能电 池用电极。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供染料敏化太阳能电池用电极，该电极使用 塑料基材，同时吸附足量的染料，可获得高的电荷传输效率，并且多 孔氧化物膜不会剥离，以良好的贴合性层压在基材上，可制备光发电 性能高的染料敏化太阳能电池。本专利技术的另一目的在于提供用于上述电极的使用塑料基材的层压薄膜。本专利技术的又一目的在于提供使用上述电极的染料敏化太阳能电池。本专利技术的其它目的和优点由以下说明可知。根据本专利技术，本专利技术的上述目的和优点通过第一方面的层压薄膜 得以实现，该层压薄膜的特征在于该层压薄膜含有多孔半导体层、 透明导电层和透明塑料薄膜，上述多孔半导体层含有结晶性氧化钛纤 维和结晶性氧化钛微粒，该结晶性氧化钛纤维和结晶性氧化钛微粒实 质上由锐钛矿相和金红石相构成，由X射线衍射的积分强度比计算的锐钛矿相含量比在1.00-0.32之间，并且用于染料敏化太阳能电池的电极。根据本专利技术，本专利技术的上述目的和优点通过第二方面的染料敏化 太阳能电池用电极得以实现，该电极含有本专利技术的上述层压薄膜、以 及吸附在该层压薄膜的多孔半导体层上的染料。根据本专利技术，本专利技术的上述目的和优点通过第三方面的染料敏化 太阳能电池得以实现，该电池具备本专利技术的上述电极。附图简述附图说明图1示意说明了实施例中使用的静电纺丝法中使用的喷出装置。符号说明 1溶液喷嘴2溶液3溶液保持槽 4电极5高电压发生器实施专利技术的最佳方式本专利技术的层压薄膜中，多孔半导体层含有结晶性氧化钛纤维和结晶性氧化钛微粒。多孔半导体层含有结晶性氧化钛纤维和结晶性氧化 钛微粒，由此可以获得优异的多孔结构和高的比表面积。该结晶性氧 化钛纤维和该结晶性氧化钛微粒实质上由锐钛矿相和金红石相构成， 在含有这些结晶性氧化钛纤维和结晶性氧化钛微粒的多孔半导体层中，相对于锐钛矿相和金红石相，锐钛矿相的x射线衍射的面积比在1.00-0.32之间。面积比超过1.0的情况实质上是没有的，面积比不足 0.32，则难以实现高的电荷传输效率，因此不优选。由X射线衍射的积分强度比计算的锐钛矿相含量比如下求出在 进行了强度修正的X射线分布图中，对于在2^=25.3°、 27.4。附近出现 的来自锐钛矿相和金红石相氧化钛的各衍射峰，估算积分强度IA (锐 钛矿相)、IR(金红石相)，由下式求出含量比。锐钛矿相含量比4A/(IA+IR)"实质上由锐钛矿相和金红石相构成"是指锐钛矿相和金红石相 占X射线衍射中的所有积分强度的比例优选为80°/。以上，更优选83% 以上，特别优选88%以上。如果该结晶性氧化钛纤维和该结晶性氧化 钛微粒实质上不由锐钛矿相和金红石相构成，则电荷传输效率不足， 不优选。本专利技术中，由多孔半导体层中的锐钛矿相的X射线衍射得到的平 均结晶子尺寸优选在10-100 nm，进一步优选20-100 nm的范围。不 足10nm，则晶体间的界面增加，电化传输效率降低，因此不优选， 超过100nm，则多孔半导体层的比表面积降低，难以获得足够的发电 量，因此不优选。平均结晶子尺寸的测定通过X射线衍射进行。X射线衍射测定中 使用理学电气(株)制造的ROTA FLEX RU200B、以半径185 nm的测 角仪、采用反射法，X射线是通过单色仪进行单色化，制成CuKcc射 线。测定样品使用在所得多孔半导体中添加了作为内标的X射线衍射 标准用高纯度硅粉的样品。对上述得到的X射线衍射分布图进行强度修正，对于衍射角2仏通过内标硅的lll衍射峰进行修正。这里，硅的lll衍射峰的半宽度为0.15。以下。对于修正的X射线衍射分布图，使用在25.3。附近出现 的衍射峰，通过以下的谢乐(Scherrer)公式计算结晶子尺寸。在 20=24-30°范围内的氧化钛以及硅的衍射峰中，无需按来自CuK l、cc2 射线进行分离，全部作为CuKa应用。这里，D:结晶子尺寸(nm)h测定X射线波长(nm)^根据结晶子尺寸得到的衍射线的宽度&衍射峰的布拉格角(度)K:形状因子(Scherrcr常数)这里，P是为了修正光学系统的宽度，采用由在25.3。附近出现的 氧化钛衍射峰的半宽度B减去内标硅的111衍射峰的半宽度b所得的 值(—B-b)， K=l，本文档来自技高网...

【技术保护点】
层压薄膜，其特征在于：该层压薄膜含有多孔半导体层、透明导电层和透明塑料薄膜，上述多孔半导体层含有结晶性氧化钛纤维和结晶性氧化钛微粒，该结晶性氧化钛纤维和该结晶性氧化钛微粒实质上由锐钛矿相和金红石相构成，由Ｘ射线衍射的积分强度比计算的锐钛矿相含量比在１．００－０．３２之间，并且用于染料敏化太阳能电池的电极。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：西尾玲，久保耕司，小村伸弥，三好孝则，
申请(专利权)人：帝人杜邦薄膜日本有限公司，帝人株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]