專利名稱:光電轉換元件用電解質以及使用了該電解質的光電轉換元件和染料敏化太陽能電池的制作方法
技術領域:
本發明涉及光電轉換元件用電解質以及使用了該電解質的光電轉換元件和染料敏化太陽能電池。
背景技術:
近年來,二氧化碳的增加所導致的地球變暖等環境問題變得嚴重,作為環境負荷小、且可降低制造成本的太陽能電池,非硅系太陽能電池受到關注,進行了研究開發。在非硅系太陽能電池中,特別是瑞士的7 VV^ &等人開發的染料敏化太陽能電池,在使用了有機材料的太陽能電池中,具有光電轉換效率高、與硅系太陽能電池相比制造成本低廉等優點,作為新型太陽能電池而受到關注。然而,由于染料敏化太陽能電池是電化學電池,因此使用了有機電解液、離子性液體等作為電解質,在使用有機電解液的情況下,存在由于長期使用時的揮發、枯竭而使發電效率降低等問題,此外,在使用離子性液體的情況下,雖然可以防止長期使用時的揮發、枯竭,但是存在由漏液導致的結構劣化等耐久性問題。因此,為了防止電解液的揮發、漏液,確保太陽能電池的長期穩定性、耐久性,進行了將電解質從液狀變為凝膠狀、固體狀的研究。例如,在專利文獻1中記載了 “包含離子性液體和導電性粒子作為主要成分的凝膠狀電解質組合物”([權利要求1][權利要求2])。此外,在專利文獻2中記載了 “一種染料敏化型光電轉換元件,是依次具有由經染料敏化了的半導體粒子構成的多孔性光電極層、電荷傳輸層和對向電極層的染料敏化型光電轉換元件,其特征在于,電荷傳輸層由包含P型導電性聚合物1 50質量%、碳材料5 50質量%和離子液體20 85質量%的固體狀混合物形成。”([權利要求1])。然而,在使用了專利文獻1中記載的電解質組合物的情況下,從可達到高的能量轉換效率的觀點出發,在使用了氧化還原對(redox couple)、特別是碘的情況下,存在下述問題由于碘的腐蝕性而腐蝕構成光電轉換元件的金屬配線(集電電極)、密封材料等,由于碘的揮發性而對電解質的穩定性有影響。專利文獻1 國際公開第2005/006482號專利文獻2 日本特開2007-227087號公報
發明內容
此外,本發明者對專利文獻2中記載的染料敏化型光電轉換元件進行了研究,結果表明了其能量轉換效率不充分。認為這是因為,在使用P型導電性聚合物(例如聚苯胺、 聚吡咯等)、碳材料(例如乙炔黑等)和離子性液體的混合物作為電荷傳輸層的情況下,碳材料(特別是乙炔黑)本身保持離子性液體的能力(保持能力)低,而且與P型導電性聚合物混合而使其保持能力進一步降低。
因此,本發明的目的是提供即使實質上不包含碘也可以達到高的能量轉換效率的光電轉換元件用電解質以及使用了該電解質的光電轉換元件和染料敏化太陽能電池。本發明者進行了深入研究,結果發現,以特定比例含有離子性液體和比表面積為 1000 3500m2/g的碳材料的光電轉換元件用電解質,即使實質上不包含碘也可以達到高的能量轉換效率,從而完成了本發明。即,本發明提供下述(a) (ο)。(a). 一種光電轉換元件用電解質,含有離子性液體(A)和比表面積為1000 3500m2/g的碳材料(B),所述碳材料⑶的含量相對于所述離子性液體㈧100質量份為10 50質量份。(b).根據上述(a)所述的光電轉換元件用電解質,所述碳材料(B)的1次平均粒徑為0. 5 120 μ m。(c).根據上述(a)或(b)所述的光電轉換元件用電解質,所述離子性液體㈧具有下述式(1)或式(2)所示的陽離子,
權利要求
1.一種光電轉換元件用電解質,含有離子性液體(A)和比表面積為1000 3500m2/g 的碳材料⑶,所述碳材料(B)的含量相對于所述離子性液體(A) 100質量份為10 50質量份。
2.根據權利要求1所述的光電轉換元件用電解質,所述碳材料(B)的1次平均粒徑為 0. 5 120 μ m。
3.根據權利要求1或2所述的光電轉換元件用電解質,所述離子性液體(A)具有下述式⑴或式(2)所示的陽離子,
4.根據權利要求3所述的光電轉換元件用電解質,所述離子性液體(A)具有碘離子作為陰離子。
5.根據權利要求1 4的任一項所述的光電轉換元件用電解質,作為除了所述碳材料 ⑶以外的其它碳材料(C),還含有乙炔黑。
6.根據權利要求1 5的任一項所述的光電轉換元件用電解質,作為除了所述碳材料 ⑶以外的其它碳材料(C),還含有硼改性乙炔黑。
7.根據權利要求1 6的任一項所述的光電轉換元件用電解質,作為除了所述碳材料 ⑶以外的其它碳材料(C),還含有通過JIS Z8802中規定的PH測定方法測定得到的PH值為2 6的碳材料。
8.根據權利要求7所述的光電轉換元件用電解質,所述pH值為2 6的碳材料的1次平均粒徑為0. 010 0. 050 μ m。
9.根據權利要求1 8的任一項所述的光電轉換元件用電解質,作為除了所述碳材料 ⑶以外的其它碳材料(C),還含有氮吸附比表面積為90m2/g以上的炭黑。
10.根據權利要求5 9的任一項所述的光電轉換元件用電解質,所述碳材料(B)和所述其它碳材料(C)的總含量相對于所述離子性液體(A) 100質量份為10 50質量份。
11.根據權利要求5 10的任一項所述的光電轉換元件用電解質,所述碳材料(B)與所述其它碳材料(C)的含量的比率,即碳材料(B)/其它碳材料(C)為99. 9/0. 1 60/40。
12.根據權利要求5 11的任一項所述的光電轉換元件用電解質,是通過將所述離子性液體(A)和所述其它碳材料(C)混合而得到分散體,然后混合所述碳材料(B)而調制出的。
13.根據權利要求1 12的任一項所述的光電轉換元件用電解質,還含有氧化硅和/ 或金屬氧化物。
14.一種光電轉換元件,包括具有透明導電膜和金屬氧化物半導體多孔質膜的光電極、與所述光電極對向配置的對向電極、以及配置在所述光電極與所述對向電極之間的電解質層,所述電解質層是權利要求1 13的任一項所述的光電轉換元件用電解質。
15.一種染料敏化太陽能電池,是在權利要求14所述的光電極上擔載光敏化染料而得
全文摘要
本發明的目的是提供即使實質上不包含碘也可以達到高的能量轉換效率的光電轉換元件用電解質以及使用了該電解質的光電轉換元件和染料敏化太陽能電池。本發明的光電轉換元件用電解質是含有離子性液體(A)和比表面積為1000~3500m2/g的碳材料(B)的光電轉換元件用的電解質,所述碳材料(B)的含量相對于所述離子性液體(A)100質量份為10~50質量份。
文檔編號H01M14/00GK102227847SQ20098014754
公開日2011年10月26日 申請日期2009年11月26日 優先權日2008年11月27日
發明者丸山司, 今崎善正 申請人:橫濱橡膠株式會社