本发明专利技术的课题是提供一种染料敏化太阳能电池，其将在染料敏化太阳能电池的电解液中显示出优异的耐腐蚀性的便宜的金属材料用于对电极，光电转化效率优异且能够节省催化剂使用量。作为解决手段，该染料敏化太阳能电池具备在透光性导电材料的表面具有负载了敏化染料的半导体层的光电极、电解液和对电极，其中，对电极由在基材的表面形成有催化剂薄膜层的材料构成，所述基材包含不锈钢，所述不锈钢含有Ｃｒ：１６质量％以上、Ｍｏ：０．３质量％以上。光电极的半导体层和对电极的催化剂薄膜层介由电解液而相对。对于对电极的上述不锈钢基板而言，适合的是在表面以面积率１０％以上的比例具有平均开口直径Ｄ为５μｍ以下的点蚀状凹部的基板。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种作为与光电极对向配置的对电极(正极)的构成材料采用了不锈钢的染料敏化太阳能电池。
技术介绍
目前，太阳能电池主要使用将硅用于光电转换元件的电池，但正在研究作为更经济的下一代太阳能电池“染料敏化太阳能电池”的实用化。附图说明图1示意性地表示一般的染料敏化太阳能电池的构成。在透光性基板2的表面设有透光性导电材料3，在透光性导电材料3的表面形成有由负载了敏化染料8的半导体粒子 7构成的半导体层6。图中，负载了敏化染料8的半导体粒子7的尺寸是极其夸张地描绘的 (在后述的图2、图3中相同)。由透光性导电材料3和半导体层6构成光电极30。以和光电极30相对的方式配置有对电极40，由光电极30、对电极40及夹在两电极间的电解液9 构成太阳能电池1。对电极40由导电材料5和设在其表面的催化剂层10构成。透光性导电材料3由例如ITO (铟-锡氧化物),FTO (掺氟氧化锡)、T0 (氧化锡)、 aio (氧化锌)等透明导电膜构成，透光性基板2使用玻璃或塑料膜等。另一方面，在对电极 40侧虽然未要求透光性，但作为导电材料5采用贵金属以外的一般的金属材料时，从耐腐蚀性等观点考虑并不放心，因此大多在玻璃等基板4上面设置和光电极同样的导电材料。 事实上，称为SUS430或SUS304的不锈钢在电解液中会发生激烈地的腐蚀，不能用作导电材料5。构成光电极30的半导体层6是使用了比表面积大的TW2等半导体粒子7的多孔质层，在半导体粒子7的表面负载有钌络合物等敏化染料8。作为电解液，通常使用包含碘 (I2)及碘化物离子的电解液。当入射光20到达敏化染料8时，敏化染料8 (例如钌络合物) 吸收光而被激发，其电子被注入到半导体粒子7(例如TiO2)。注入激发电子而变为氧化状态的敏化染料8从电解液9的离子(例如碘化物离子Γ)接收电子而恢复基态。这时，液中的离子(例如Γ)被氧化而成为价数不同的离子(例如I3-)，向对电极40扩散，从对电极 40接收电子而恢复原离子(例如Γ)。由此，电子按照敏化染料8 —半导体粒子7 —透光性导电材料3 —负载50 —导电材料5 —催化剂层10 —电解液9 —敏化染料8的路径进行移动。其结果是，产生使负载50工作的电流。在专利文献1 7中，记载有染料敏化太阳能电池的对电极使用由钼等耐腐蚀性金属构成的导电膜的技术。另外，还有用厚度Imm的钼板构成对电极的例子(专利文献6)。专利文献1 特开平11-273753号公报专利文献2 特开2004-311197号公报专利文献3 特开2006-147^1号公报专利文献4 特开2007-48659号公报专利文献5 特开2004-165015号公报专利文献6 特开2005-235644号公报 专利文献7 特开2007-200656号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题现状的染料敏化太阳能电池的转化效率比硅太阳能电池低，谋求高效化成为大的课题之一。作为针对染料敏化太阳能电池的高效化的技术，在例如专利文献1中公开了以下技术，即将多个电极对进行层叠，使距离光入射侧最远的对电极为反射性的电极层，由此来提高转化效率，并且增大每单位面积的供电量。即，在多个电极层中使入射光被吸收， 再在相反路径中吸收由反射性对电极反射的反射光，从而谋求高效化。但是，在专利文献1技术中，由于作为反射性的电极层使用对电解质溶液的耐腐蚀性优异的钼、金、银、钛等高价的金属或它们的合金，因此存在材料成本非常高的缺点。尤其是钼的导电性高且呈催化作用，所以作为对电极材料非常有效，但由于价格极高，强烈希望将其使用量减少到必要的最小限度。另外，在专利文献3中公开有以下方法，即通过溅射法在树脂制对电极基板表面形成1 IOOOnm程度的具有凹凸结构的钛、钽等耐腐蚀金属材料膜，在其表面形成钼膜。根据该方法，对电极和电解质溶液的接触面积变大，所以表面电阻减小，即使减薄钼的膜厚也可获得足够的转化效率。但是，该方法是通过溅射法形成耐腐蚀金属材料膜的方法，对电极的制作成本上升不可避免，所以要求可谋求更加低成本化的结构。这样，现状是染料敏化太阳能电池的电极使用相当量的钼等贵金属，伴随使用高价的贵金属而造成的成本增大。在专利文献7中有作为对电极的材料，也可以使用不锈钢等的合金的记载。但是没有给出实际上使用了不锈钢的例子。通用的不锈钢对电解液的耐腐蚀性不够充分，将不锈钢用于电极而实现优异的光电转化效率和耐久性的例子未曾知晓。本专利技术鉴于这种现状，提供一种染料敏化太阳能电池，其将在染料敏化太阳能电池的电解液中显示出优异的耐腐蚀性的便宜的金属材料用于对电极，光电转化效率优异且能够节省催化剂使用量。解决课题的手段上述目的通过以下的染料敏化太阳能电池来实现，该染料敏化太阳能电池包括在透光性导电材料的表面具有负载了敏化染料的半导体层的光电极、电解液和对电极，其中，对电极由在基材的表面形成有催化剂薄膜层的材料构成，该基材包含不锈钢，所述不锈钢含有Cr :16质量％以上(优选17质量％以上)、Mo :0. 3质量％以上(优选0.8质量％ 以上)，且具有在加热到80°C的该电解液中浸渍500小时时的腐食减量为lg/m2以下的性质，光电极的半导体层和对电极的催化剂薄膜层介由电解液而相对。所谓不锈钢是如JIS G0203 2000的编号4201中所记载的那样，含有大量的Cr以使耐腐蚀性提高的钢。催化剂薄膜层是包含例如钼的薄膜层。采用铁素体类钢种作为上述不锈钢的场合，合适的铁素体类不锈钢例如具有以质量％计，C 0. 15% 以下、Si 1. 2% 以下、Mn 1. 2% 以下、P 0. 04% 以下、S :0. 03% 以下、Ni 0. 6% 以下、Cr :16 32% (优选 17 32% )、Μο :0· 3 3% (优选 0. 8 3% )、Cu :0 1%、Nb :0 1%、Ti :0 1%、Al :0 0. 2%、N :0. 025% 以下、B :0 0. 01%、剩余部分为Fe及不可避免的杂质的组成。利用标准钢种的场合，可以采用作为例如JIS G4305中所规定的铁素体类钢种的含有Cr 16 32质量％ (优选17 32质量％ )、Mo :0. 3 3质量％ (优选0. 8 3质量％ )的不锈钢。采用奥氏体类钢种作为上述不锈钢的场合，合适的奥氏体类不锈钢例如具有以质量％计，C 0. 15% 以下、Si 以下、Mn 2. 5% 以下、P 0. 045% 以下、S 0. 03% 以下、Ni 6 28%、Cr :16 32% (优选 17 32% )、Mo :0· 3 7% (优选 0. 8 7% )、Cu :0 3. 5%、Nb :0 1%、Ti :0 1%、Al :0 0. 1%、N :0. 3% 以下、B :0 0. 01%、剩余部分为Fe及不可避免的杂质的组成。利用标准钢种的场合，可以采用作为例如JIS G4305中所规定的奥氏体类钢种的含有Cr 16 32质量％ (优选17 32质量％ )、Mo :0. 3 7质量％ (优选0. 8 7质量％ )的不锈钢。作为对电极，使用在表面以面积率10%以上的比例具有平均开口直径D为5 μ m以下例如0. 3 5 μ m的点蚀状凹部的不锈本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种染料敏化太阳能电池，该染料敏化太阳能电池具备在透光性导电材料的表面具有负载了敏化染料的半导体层的光电极、电解液和对电极，其中，对电极由在基材的表面形成有催化剂薄膜层的材料构成，该基材包含不锈钢，所述不锈钢含有Ｃｒ：１６质量％以上、Ｍｏ：０．３质量％以上，且具有在加热到８０℃的该电解液中浸渍５００小时时的腐食减量为１ｇ／ｍ２以下的性质，光电极的半导体层和对电极的催化剂薄膜层介由电解液而相对。
【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：西田义胜，
申请(专利权)人：日新制钢株式会社，
类型：发明
国别省市：JP
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