色素敏化型光电转换元件制造技术

技术编号:7137603 阅读:157 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术的课题是,使碘在色素敏化型光电转换元件的电解液中的添加量大幅削减,同时得到高的能量转换效率。本发明专利技术的解决手段是,在依次具有含色素敏化了的半导体颗粒的多孔性光电极层、电解液层和对电极层的色素敏化型光电转换元件中,0.05-5M脂族季铵离子、0.05-5M咪唑离子、并且0.1-10M碘化物离子溶解于有机溶剂中,得到电解液,由其构成电解液层。通过该构成,可以大幅削减碘在电解液中的添加量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及色素敏化型的光电转换元件。
技术介绍
近年来,作为将太阳能转换为电力的光电转换元件,对固体的pn接合型太阳能电 池的研究活跃。固体接合型太阳能电池使用硅晶或非晶硅薄膜、非硅系的化合物半导体多层薄膜。但是,固体接合型太阳能电池必须在高温或真空下制备。因此,固体接合型太阳能 电池的制备有设备成本高、能源回收期长的缺点。作为新一代太阳能电池,期待开发可在低温下以更低成本制备的有机系太阳能电 池。在有机系太阳能电池中,可以在大气中低成本量产的色素敏化太阳能电池受到特别关 注。专利文献1中提出了对于色素敏化太阳能电池使用色素敏化了的多孔半导体膜的高效 率的光电转换方法。色素敏化太阳能电池是采用固体(半导体)_液体(电解液)接合代替固体接合 型太阳能电池中的固体(半导体)_固体(半导体)接合的湿式太阳能电池。色素敏化太 阳能电池的能量转换效率达到11%这样高的值,有望作为电能的供给源。在色素敏化太阳能电池中使用的电解液通常是氧化还原对和电解质溶解于有机 溶剂中所得的溶液。作为有机溶液,通常使用非质子极性物质(例如碳酸酯、醚、内酯、腈、亚砜)。作 为氧化还原对有碘和碘化物、溴和溴化物、氰亚铁酸盐与氰铁酸盐、二茂铁与二茂铁离子。 但是,从能量转换效率的角度考虑,实际使用的氧化还原对限于碘(在溶液中是三碘化物 离子)和碘化物(在溶液中是碘化物离子)的组合。代表性的电解质是季铵盐(包含吡啶 键离子或咪唑輪离子这样的环状离子)的盐(抗衡离子通常是碘化物离子)。色素敏化太阳能电池的电解液在原理上必须具有氧化还原对。在使用碘和碘化物 的组合以外的氧化还原对的方法中,难以获得充分的能量转换效率。专利文献2提出将一些构成要素不同的多个色素敏化太阳能电池组合的模块(权 利要求1)。构成要素不同的例子中包含电解质中的碘浓度的不同(权利要求6、7)。进一 步报道了将固体状的咪唑键盐与4-叔丁基吡啶结合使用,或者将液体咪唑輸盐与4-叔丁 基吡啶结合使用,使碘浓度在0. 01-0. 05 M范围内变化的例子(段落号0039-0050),以此作 为碘浓度相关的预试验。实施例中,碘浓度低的太阳能电池采用0.02或0.03 M碘浓度,碘 浓度高的太阳能电池采用0. 05 M的碘浓度(段落号0057的表4)。专利文献3报道了使碘的添加量在0-0. 2 M变化的试验例(段落号0034的表1)。 根据该报告,如果完全不添加碘,则不能发挥太阳能电池的功能。并且,碘的添加量必须是 0. 04 M-0. 2 M0现有技术文献 专利文献专利文献1 美国专利4927721号说明书专利文献2 日本特开2005-235725号公报(权利要求1、6、7、段落号0039_0050、0057) 专利文献3 日本特开2007-200708号公报(段落号0034)。
技术实现思路
在色素敏化太阳能电池中,为了获得足够高的能量转换效率,电解液中必须使用 含有碘和碘化物组合的氧化还原对。但是如果使用碘,则电解液由于形成三碘化物离子而 被着色(主要为黄色),光被吸收,能量转换效率降低。另外,由于碘的氧化腐蚀反应,形成 电池发生劣化的问题。例如发生碘从由透明的塑料薄膜制成的包装袋溶出的问题。本专利技术的目的在于提供即使大幅削减碘在电解液中的添加量,仍可获得高能量转 化效率的色素敏化型光电转换元件。本专利技术的目的还在于提供耐久性优异的色素敏化型光电转换元件。本专利技术提供色素敏化型光电转换元件,该色素敏化型光电转换元件依次具有含有 色素敏化了的半导体颗粒的多孔性光电极层、电解液层和对电极层,其特征在于,电解液层 含有0.05-5 M下式(I)所示的脂族季铵离子、0.05-5 M下式(II)所示的咪卩生縫离子、并且 0.1-10 M碘化物离子(I —)溶解在有机溶剂中得到的电解液。本文档来自技高网
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【技术保护点】
色素敏化型光电转换元件,该色素敏化型光电转换元件依次具有含有色素敏化了的半导体颗粒的多孔性光电极层、电解液层和对电极层,其特征在于,电解液层含有0.05-5 M下式(Ⅰ)所示的脂族季铵离子、0.05-5 M下式(Ⅱ)所示的咪唑*离子、并且0.1-10 M碘化物离子溶解于有机溶剂中所得的电解液:  [化1]  (Ⅰ) ***式中,R↑[11]、R↑[12]、R↑[13]和R↑[14]各自独立,为碳原子数1-20的脂族基;  [化2]  (Ⅱ) ***  式中,R↑[21]和R↑[22]各自独立,为碳原子数1-20的脂族基。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP2008-1205702008年5月2日1.色素敏化型光电转换元件,该色素敏化型光电转换元件依次具有含有色素 敏化了的半导体颗粒的多孔性光电极层、电解液层和对电极层,其特征在于,电解液 层含有0.05-5 M下式(I)所示的脂族季铵离子、0.05-5 M下式(II)所示的咪唑 键离子、并且0. 1-10 M碘化物离子溶解于有机溶剂中所得的电解液 [化1]式中,R11、R12、R13和R14各自独立,为碳原子数1-20的脂族基; [化2]2.权利要求1的色素敏化型光电转换元件,其中,电解液中三碘化物离子相对于碘化 物离子的比例低于1%摩尔。3.权利要求1的色素敏化型光电转换元件,其中,有机溶剂选自五元环环状碳酸酯、五 元环环状酯、脂族腈、脂族链状醚和脂族环状醚。4.权利要求3的色素敏化型光电转换元件,其中有机溶剂包含下式(III)所示的五元 环环状碳酸酯5.权利要求1的色素敏化型光电转换元件,其中,在式(I)所示的脂族季铵离子中,R11、 R12、R13和R14各自独立,为碳原子数1-20的烷基。6.权利要求1的色素敏化型光电转换元件,其中,在式(II)所示的咪唑鐘离子中,R21 和铲2各自独立,为下式(II-R)所示的烷基或烷氧基取代的烷基(II-R)7.权利要求1的色素敏化型光电转换元件,其中,下式(IV)所示的苯并咪唑化合物进 一步以0.01...

【专利技术属性】
技术研发人员:宫坂力
申请(专利权)人:佩塞尔科技株式会社
类型:发明
国别省市:JP

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