色素敏化太阳能电池及其制造方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201380021143.4

申请日:

2013.02.27

公开号:

CN104246940A

公开日:

2014.12.24

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H01G 9/20申请日:20130227|||公开

IPC分类号:

H01G9/20; H01G9/04

主分类号:

H01G9/20

申请人:

株式会社藤仓

发明人:

臼井弘纪

地址:

日本东京都

优先权:

2012.05.22 JP 2012-116121

专利代理机构:

北京集佳知识产权代理有限公司 11227

代理人:

金世煜;苗堃

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内容摘要

本发明是一种色素敏化太阳能电池,其具备导电性基板、与导电性基板对置的对置基板、配置于导电性基板与对置基板之间的电解质以及与导电性基板、对置基板一起包围电解质且连结导电性基板和对置基板的环状的密封部;密封部具有固定于导电性基板且由无机材料构成的无机密封部和固定于对置基板且由树脂材料构成的树脂密封部,无机密封部具有设置在导电性基板上的主体部和从主体部向与导电性基板相反的一侧延伸的突起部,树脂密封部具有将主体部和对置基板进行粘接且粘接于沿突起部的延伸方向的侧面的粘接部。

权利要求书

权利要求书1.  一种色素敏化太阳能电池,具备:导电性基板,对置基板,与所述导电性基板对置,电解质,配置于所述导电性基板与所述对置基板之间,和环状的密封部,与所述导电性基板及所述对置基板一起包围所述电解质,并且连结所述导电性基板和所述对置基板;其中,所述密封部具有:固定于所述导电性基板且由无机材料构成的无机密封部,和固定于所述对置基板且由树脂材料构成的树脂密封部;并且,所述无机密封部具有:设置在所述导电性基板上的主体部,和从所述主体部向与所述导电性基板相反的一侧延伸的突起部,所述树脂密封部具有粘接部,该粘接部将所述主体部和所述对置基板粘接,且粘接于沿所述突起部的延伸方向的侧面。2.  根据权利要求1所述的色素敏化太阳能电池,其中,所述突起部的熔点高于所述粘接部的熔点。3.  根据权利要求1或2所述的色素敏化太阳能电池,其中,所述粘接部的至少一部分相对于所述突起部设置在与所述电解质相反的一侧。4.  根据权利要求3所述的色素敏化太阳能电池,其中,所述树脂密封部进一步具有扩张部,该扩张部扩张至相对于所述粘接部与所述突起部相反的一侧,粘接于所述无机密封部的所述主体部中的未粘接所述粘接部的区域。5.  根据权利要求1~4中任一项所述的色素敏化太阳能电池,其中,从所述主体部起的所述突起部的高度为20~100μm。6.  根据权利要求1~5中任一项所述的色素敏化太阳能电池,具有第1电极,该第1电极具有所述导电性基板,所述对置基板由第2电极构成。7.  一种色素敏化太阳能电池的制造方法,该制造方法包括如下工 序:无机密封部形成工序,在导电性基板上形成由无机材料构成的无机密封部,对置基板准备工序,准备对置基板,电解质配置工序,在所述导电性基板或所述对置基板上配置电解质,和贴合工序,将所述导电性基板与所述对置基板贴合,在所述导电性基板与所述对置基板之间形成密封部;其中,在所述无机密封部形成工序中,所述无机密封部形成为具有主体部和突起部,所述主体部设置在所述导电性基板上,所述突起部从所述主体部向与所述导电性基板相反的一侧延伸,在所述贴合工序中,所述密封部形成为具有所述无机密封部和树脂密封部,该树脂密封部固定于所述对置基板且由树脂材料构成,所述树脂密封部具有粘接部,该粘接部将所述主体部与所述对置基板粘接,且粘接于沿所述突起部的延伸方向的侧面。8.  根据权利要求7所述的色素敏化太阳能电池的制造方法,其中,所述突起部的熔点高于所述粘接部的熔点。9.  根据权利要求7或8所述的色素敏化太阳能电池的制造方法,其中,在所述贴合工序中,所述粘接部的至少一部分以相对于所述突起部设置在与所述电解质相反的一侧的方式形成所述密封部。10.  根据权利要求7~9中任一项所述的色素敏化太阳能电池的制造方法,其中,在所述无机密封部形成工序中,以从所述主体部起的所述突起部的高度成为20~100μm的方式形成所述无机密封部。11.  根据权利要求7~10中任一项所述的色素敏化太阳能电池的制造方法,包括第1电极准备工序,准备具有所述导电性基板的第1电极,并且,所述对置基板由第2电极构成。

说明书

说明书色素敏化太阳能电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种色素敏化太阳能电池及其制造方法。
背景技术
作为光电转换元件,色素敏化太阳能电池因廉价且得到高光电转换效率而备受关注,关于色素敏化太阳能电池进行有各种开发。
色素敏化太阳能电池通常具备导电性基板、对电极等对置基板、配置于导电性基板与对置基板之间的电解质、以及连结导电性基板和对置基板的密封部。
作为这样的色素敏化太阳能电池,例如已知下述专利文献1中记载的光电转换装置。在下述专利文献1中,记载了构成光电转换装置的密封部具备固定于工作电极的导电性基板且由无机材料构成的无机密封部和连结对电极和无机密封部且由树脂材料构成的树脂密封部,提出了利用具有这样的密封部的光电转换装置可充分抑制光电转换效率的经时变化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开第2010/050207号
发明内容
但是,上述专利文献1中记载的光电转换装置在高温环境下的耐久性方面仍留有改善的余地。
本发明是鉴于上述情况而进行的,其目的是提供一种在高温环境下也具有优异的耐久性的色素敏化太阳能电池及其制造方法。
本发明人对产生上述课题的原因进行了研究。首先,如果将上述专 利文献1记载的光电转换装置放置在高温环境下,树脂密封部过度变软,则工作电极的导电性基板与对电极之间的距离(以下,称为“极间距离”)与树脂密封部过度变软之前的极间距离相比有可能大幅度减小,本发明人认为上述现象可成为产生上述课题的原因。因此,也考虑了减小树脂密封部的厚度。如果减小树脂密封部的厚度,则即使树脂密封部在高温环境下过度变软,也能够减小树脂密封部的厚度的最大减少量,因此能够抑制极间距离相比于树脂密封部过度变软之前的极间距离大幅度减少。但是,此时,由于树脂密封部的厚度变小,所以树脂密封部对对电极的粘接力降低,树脂密封部有可能容易从对电极剥离。因此,本发明人经过进一步反复深入研究,结果发现通过以下发明可解决上述课题。
即本发明是一种色素敏化太阳能电池,其具备导电性基板,与上述导电性基板对置的对置基板,配置于上述导电性基板与上述对置基板之间的电解质,以及与上述导电性基板、上述对置基板一起包围上述电解质且连结上述导电性基板和上述对置基板的环状的密封部;上述密封部具有固定于上述导电性基板且由无机材料构成的无机密封部和固定于上述对置基板且由树脂材料构成的树脂密封部,上述无机密封部具备设置在上述导电性基板上的主体部和从上述主体部向与上述导电性基板相反的一侧延伸的突起部,上述树脂密封部具有粘接上述主体部和上述对置基板且粘接于沿上述突起部的延伸方向的侧面的粘接部。
根据该色素敏化太阳能电池,如果将该色素敏化太阳能电池放置在高温环境下,则树脂密封部中含有的粘接部变软。此时,在本发明的色素敏化太阳能电池中,无机密封部具有从主体部向与导电性基板相反的一侧延伸的突起部。这里,由于无机密封部中含有的主体部和突起部由无机材料构成,所以即使树脂密封部中含有的粘接部变软,主体部和突起部也能够保持硬的状态。因此,即使树脂密封部中含有的粘接部变软而粘接部的厚度减小并且对置基板向无机密封部的主体部靠近,也由于对置基板与突起部抵接,所以可阻止对置基板向主体部靠近。因此,可充分抑制树脂密封部的粘接部的厚度减小,充分抑制粘接部对对置基板的粘接性的降低。因此,可充分抑制粘接部从对置基板剥离。因此,根据本发明的色素敏化太阳能电池,即使在高温环境下也可具有优异的耐久性。
在上述色素敏化太阳能电池中,上述突起部的熔点优选高于上述粘接部的熔点。
在上述色素敏化太阳能电池中,优选上述粘接部的至少一部分相对于上述突起部设置在与上述电解质相反的一侧。
此时,与粘接部全部相对于突起部位于电解质侧的情况相比,由电解质导致的粘接部的劣化被充分抑制。因此,色素敏化太阳能电池可具有更优异的耐久性。
在上述色素敏化太阳能电池中,优选上述树脂密封部进一步具有扩展部,该扩展部相对于上述粘接部向与上述突起部相反的一侧扩展,并粘接于上述无机密封部的上述主体部中的未粘接上述粘接部的区域。
此时,树脂密封部通过粘接部与无机密封部的主体部粘接,并且通过扩展部与无机密封部的主体部中的未粘接粘接部的区域粘结。因此,如果树脂密封部具有扩展部,则与不具有扩展部的情况相比,粘接部被加强。即,即使对粘接部施加过大的应力,由于粘接部被扩展部的加强,所以粘接部也不易从对置基板剥离。因此,色素敏化太阳能电池可具有更优异的耐久性。
在上述色素敏化太阳能电池中,从上述主体部的上述突起部起的高度优选为20~100μm。
此时,即使将色素敏化太阳能电池放置在高温环境下而树脂密封部中含有的粘接部变软,也能够将粘接部的厚度保持在最低限度20~100μm。因此,与突起部的高度低于20μm的情况相比,能够更充分地确保粘接部对对置基板的粘接性。另外,与突起部的高度高于100μm的情况相比,由于导电性基板与对置基板之间的间隔(以下,也称为“基板间距离”)变得更窄,所以能够实现色素敏化太阳能电池的轻薄化。
上述色素敏化太阳能电池具备具有上述导电性基板的第1电极,上述对置基板可由第2电极构成。
另外,本发明是一种色素敏化太阳能电池的制造方法,该方法包括如下工序:无机密封部形成工序,在导电性基板上形成由无机材料构成 的无机密封部;对置基板准备工序,准备对置基板;电解质配置工序,在上述导电性基板或上述对置基板上配置电解质;以及贴合工序,贴合上述导电性基板和上述对置基板,在上述导电性基板与上述对置基板之间形成密封部;其中,在上述无机密封部形成工序中,上述无机密封部以具有设置在上述导电性基板上的主体部和从上述主体部向与上述导电性基板相反的一侧延伸的突起部的方式形成,在上述贴合工序中,上述密封部以具有上述无机密封部和固定于上述对置基板且由树脂材料构成的树脂密封部的方式形成,上述树脂密封部以具有粘接上述主体部和上述对置基板且粘接于沿上述突起部的延伸方向的侧面的粘接部的方式形成。
利用该制造方法得到的色素敏化太阳能电池可得到以下效果。即,如果将由上述制造方法得到的色素敏化太阳能电池放置在高温环境下,则树脂密封部中含有的粘接部会变软。此时,在由本发明的色素敏化太阳能电池的制造方法得到的色素敏化太阳能电池中,无机密封部具有从主体部向与导电性基板相反的一侧延伸的突起部。这里,由于无机密封部中含有的主体部和突起部由无机材料构成,所以即使树脂密封部中含有的粘接部变软,主体部和突起部也能够保持硬的状态。因此,即使树脂密封部中含有的粘接部变软而粘接部的厚度减小并且对置基板向无机密封部的主体部靠近,也由于对置基板与突起部抵接,所以可阻止对置基板向主体部靠近。因此,可充分抑制树脂密封部的粘接部的厚度减小,可充分抑制粘接部对对置基板的粘接性降低。因此,可充分抑制粘接部从对置基板剥离。因此,根据利用本发明的制造方法得到的色素敏化太阳能电池,即使在高温环境下也可具有优异的耐久性。另外,通常在贴合工作电极和对电极的贴合工序中,如果不精确控制温度、压力,则各色素敏化太阳能电池中的密封部的厚度会产生偏差。关于这点,在本发明的制造方法中,由于无机密封部由主体部和从主体部延伸的突起部构成,所以即使将贴合时的温度设定得较高或者将压力设定得较高,也会因对置基板与突起部抵接而密封部的厚度不易减小。因此,在贴合导电性基板和对置基板的贴合工序中,即使不进行温度、压力的精确控制,也能够充分抑制密封部的厚度的偏差。因此,能够简单地进行贴合工序,能够简单地得到具有优异的耐久性的色素敏化太阳能电池。
在上述色素敏化太阳能电池的制造方法中,上述突起部的熔点优选 高于上述粘接部的熔点。
在上述色素敏化太阳能电池的制造方法中,上述贴合工序中,优选以上述粘接部的至少一部分相对于上述突起部设置于与上述电解质相反的一侧的方式形成上述密封部。
此时,在得到的色素敏化太阳能电池中,与粘接部全部相对于突起部位于上述电解质侧的情况相比,可更充分地抑制由电解质导致的粘接部的劣化。因此,得到的色素敏化太阳能电池可具有更优异的耐久性。另外,在贴合工序中,由于以粘接部的至少一部分相对于突起部设置于与电解质相反的一侧的方式形成密封部,所以与粘接部全部相对于突起部位于电解质侧的情况相比,可更充分地抑制粘接部中含有的树脂材料流动而覆盖多孔氧化物半导体层并浸入多孔氧化物半导体层中。其结果,电解质更充分地浸入多孔氧化物半导体层中,得到的色素敏化太阳能电池可具有更优异的光电转换特性。
在上述色素敏化太阳能电池的制造方法中,上述无机密封部形成工序中,优选以从上述主体部起的上述突起部的高度成为20~100μm的方式形成上述无机密封部。
此时,即使将得到的色素敏化太阳能电池放置在高温环境下而树脂密封部中含有的粘接部变软,也能够将粘接部的厚度保持在最低限度20~100μm。因此,与突起部的高度低于20μm的情况相比,能够更充分地确保粘接部对对置基板的粘接性。另外,与突起部的高度高于100μm的情况相比,由于基板间距离变得更窄,所以能够实现色素敏化太阳能电池的轻薄化。
上述色素敏化太阳能电池的制造方法可包括第1电极准备工序,即,准备具有上述导电性基板的第1电极,上述对置基板可由第2电极构成。
根据本发明,可提供即使在高温环境下也具有优异的耐久性的色素敏化太阳能电池及其制造方法。
附图说明
图1是表示本发明的色素敏化太阳能电池的第1实施方式的截面 图。
图2是图1的局部放大截面图。
图3是表示图1的色素敏化太阳能电池的制造方法的第1电极准备工序的截面图。
图4A是表示图1的色素敏化太阳能电池的制造方法的无机密封部形成工序的一部分的截面图。
图4B是表示图1的色素敏化太阳能电池的制造方法的无机密封部形成工序的一部分的截面图。
图5是表示图1的色素敏化太阳能电池的制造方法的第2电极准备工序的截面图。
图6是表示图1的色素敏化太阳能电池的制造方法的第1密封材料固定工序的截面图。
图7是表示图1的色素敏化太阳能电池的制造方法的第2密封材料固定工序的截面图。
图8是表示图1的色素敏化太阳能电池的制造方法的电解质配置工序的截面图。
图9是表示图1的色素敏化太阳能电池的制造方法的贴合工序的截面图。
图10是表示本发明的色素敏化太阳能电池的第2实施方式的局部截面图。
图11是表示本发明的色素敏化太阳能电池的第3实施方式的局部截面图。
图12是表示本发明的色素敏化太阳能电池的第4实施方式的局部截面图。
图13是表示本发明的色素敏化太阳能电池的第5实施方式的局部 截面图。
图14是表示本发明的色素敏化太阳能电池的第6实施方式的截面图。
具体实施方式
以下,参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。应予说明,在所有附图中,对相同或同等的构成要素标记相同的符号并省略重复的说明。
<第1实施方式>
首先,参照附图对本发明的色素敏化太阳能电池的第1实施方式进行详细说明。图1是表示本发明涉及的色素敏化太阳能电池的第1实施方式的截面图,图2是图1的局部放大截面图。
如图1所示,色素敏化太阳能电池100具备工作电极(第1电极)10,与工作电极10对置配置的对电极(第2电极)20,配置于工作电极10与对电极20之间的电解质30,以及与工作电极10、对电极20一起包围电解质30的环状的密封部40。另外,由工作电极10、对电极20和密封部40围成的单元空间的内压低于大气压。
工作电极10具备在与对电极20之间具有电解质30的透明导电性基板14和与导电性基板14的表面接合的多孔氧化物半导体层13。导电性基板14由透明基板11和设置于透明基板11的对电极20侧且与多孔氧化物半导体层13接合的透明导电膜(以下,称为“透明导电层”)12构成。在多孔氧化物半导体层13中担载有光敏化色素。
对电极20与导电性基板14对置,由对电极基板21和在对电极基板21中的电解质30侧的面设置的催化剂层22构成。
如图2所示,环状的密封部40具有:由无机材料构成的连续状且环状的无机密封部41、由树脂材料构成的连续状且环状的树脂密封部42、以及覆盖无机密封部41的内周面S1以保护无机密封部41不受电解质30影响的热固化树脂45。
环状的无机密封部41具有:在工作电极10中的透明导电性基板14上设置的连续状且环状的主体部41a、和从主体部41a的一部分向与导电性基板14相反的一侧延伸的连续状且环状的突起部41b。主体部41a由设置在透明导电层12上的集电配线43和覆盖集电配线43以保护其不受电解质30影响的配线保护部44构成。另外,突起部41b从主体部41a中的与导电性基板14相反的一侧区域S3中的靠近电解质30的区域向与导电性基板14相反的一侧、即对电极20侧延伸。
另一方面,树脂密封部42由粘接无机密封部41和对电极20的粘接部42a、和相对于粘接部42a与突起部41b相反的一侧扩展且粘接于无机密封部41的主体部41a中的未粘接粘接部42a的区域S4的扩展部42b构成。这里,粘接部42a的一部分,与相对于突起部41b设置于与电解质30相反的一侧且沿突起部41b的延伸方向的外周面S2进行粘接。粘接部42a的余部进入突起部41b与对电极20之间并与突起部41b和对电极20粘接。另外,扩展部42b连结工作电极10的透明导电层12和对电极20。
根据该色素敏化太阳能电池100,如果将色素敏化太阳能电池100放置在高温环境下,则树脂密封部42中含有的粘接部42a将变软。此时,在色素敏化太阳能电池100中,无机密封部41具有从主体部41a向与导电性基板14相反的一侧延伸的突起部41b。这里,由于无机密封部41中含有的主体部41a和突起部41b由无机材料构成,所以即使树脂密封部42中含有的粘接部42a变软,主体部41a和突起部41b也能够保持硬的状态。因此,即使树脂密封部42中含有的粘接部42a变软而粘接部42a的厚度减小并且对电极20向无机密封部41的主体部41a靠近,也由于其中的对电极20与突起部41b抵接,所以可阻止对电极20进一步向主体部41a靠近。因此,可充分抑制树脂密封部42的粘接部42a的厚度减小,可充分抑制粘接部42a对对电极20的粘接性降低。因此,可充分抑制粘接部42a从对电极20剥离。因此,色素敏化太阳能电池100即使在高温环境下也可具有优异的耐久性。
另外,在色素敏化太阳能电池100中,粘接部42a的一部分相对于突起部41b设置于与电解质30相反的一侧。因此,与粘接部42a全部相对于突起部41b位于电解质30侧的情况相比,可充分抑制由电解质 30导致的粘接部42a的劣化。因此,色素敏化太阳能电池100可具有更优异的耐久性。
另外,在色素敏化太阳能电池100中,粘接部42a的余部进入突起部41b与对电极20之间并与突起部41b和对电极20粘接。因此,与粘接部42a的余部不进入突起部41b与对电极20之间的情况相比,能够增加树脂密封部42与对电极20的粘接面积。因此,树脂密封部42对对电极20的粘接性进一步提高,树脂密封部42更不易从对电极20剥离。其结果,色素敏化太阳能电池100可具有更优异的耐久性。
另外,在色素敏化太阳能电池100中,树脂密封部42进一步具有扩展部42b,该扩展部42b与无机密封部41的主体部41a中的未粘接粘接部42a的区域S4粘接。因此,树脂密封部42通过粘接部42a与无机密封部41的主体部41a粘接,并且通过扩展部42b与无机密封部41的主体部41a中的未粘接粘接部42a的区域S4粘接。因此,如果树脂密封部42具有扩展部42b,则与不具有扩展部42b的情况相比,粘接部42a被加强。即,即使对粘接部42a施加过大的应力,由于粘接部42a被扩展部42b的加强,粘接部42a也不易从对电极20剥离。因此,色素敏化太阳能电池100可具有更优异的耐久性。特别是在本实施方式中,扩展部42b连结导电性基板14和对电极20。因此,对粘接部42a的加强效果进一步增大。此外,即使沿着密封部40与对电极20的界面或密封部40与工作电极10的界面施加过大的应力,也可充分抑制密封部40从对电极20或工作电极10剥离。其结果,能够使色素敏化太阳能电池100的耐久性更优异。
接下来,对工作电极10、光敏化色素、对电极20、电解质30、密封部40和热固化树脂45进行详细说明。
(工作电极)
如上所述,工作电极10具备导电性基板14和设置在导电性基板14表面上的多孔氧化物半导体层13,导电性基板14由透明基板11和在透明基板11的对电极20侧设置的透明导电层12构成。
构成透明基板11的材料例如为透明材料即可,作为这样的透明材 料,例如可举出硼硅酸玻璃、碱石灰玻璃、白板玻璃、石英玻璃等玻璃,聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯(PC)、聚醚砜(PES)等树脂膜。透明基板11的厚度根据色素敏化太阳能电池100的尺寸适当地决定,没有特别限定,例如可以为50~10000μm的范围。
作为构成透明导电层12的材料,例如可举出锡掺杂氧化铟(ITO)、氧化锡(SnO2)、氟掺杂氧化锡(FTO)等导电性金属氧化物。透明导电层12可以为单层也可以由不同的导电性金属氧化物所构成的多层的层叠体构成。透明导电层12由单层构成时,从具有高耐热性和耐试剂性的角度考虑,透明导电层12优选由FTO构成。透明导电层12的厚度例如可以为0.01~2μm的范围。
多孔氧化物半导体层13由氧化物半导体粒子构成。作为氧化物半导体粒子,例如可举出氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)、氧化钨(WO5)、氧化铌(Nb2O5)、钛酸锶(SrTiO5)、氧化锡(SnO2)、氧化铟(In2O3)、氧化锆(ZrO2)、氧化铊(Ta2O5)、氧化镧(La2O3)、氧化钇(Y2O3)、氧化钬(Ho2O3)、氧化铋(Bi2O3)、氧化铈(CeO2)、氧化铝(Al2O3)或由它们中的2种以上构成的氧化物半导体粒子。从被色素覆盖的氧化物半导体的表面积变大,能够生成更多电子的角度考虑,这些氧化物半导体粒子的平均粒径优选为1~1000nm。多孔氧化物半导体层13的厚度例如可以为0.5~50μm。应予说明,多孔氧化物半导体层13也可以由不同材料所构成的多个半导体层的层叠体构成。
(光敏化色素)
作为光敏化色素,例如可举出具有含有联吡啶结构、三联吡啶结构等的配位体的钌配合物,卟啉、曙红、罗丹明、花青等有机色素。
(对电极)
如上所述,对电极20由对电极基板21和在对电极基板21中的电解质30侧的面设置的催化剂层22构成。
对电极基板21例如由钛、镍、铂、钼、钨、SUS等耐腐蚀性的金属材料构成,或者由在上述透明基板11形成ITO、FTO等导电性氧化 物所构成的膜的材料构成。对电极基板21的厚度根据色素敏化太阳能电池100的尺寸适当地决定,没有特别限定,例如可以为0.005~0.1mm。
催化剂层22由铂、碳系材料或导电性高分子等构成。这里,作为碳系材料,可举出炭黑、科琴黑、碳纳米管,其中,特别优选使用碳纳米管。
对电极20可以具有挠性也可以不具有挠性,但优选具有挠性。此时,即使单元空间的内压增高,由于单元空间能够膨胀,所以能够减小对电极20与密封部40的界面所承受的应力。因此,能够使色素敏化太阳能电池100的耐久性更优异。
应予说明,在本说明书中,“具有挠性的”电极是指在20℃的环境下以1N的张力水平固定50mm×200mm的片状电极的长边侧的两边缘部(宽度分别为5mm),对电极的中央施加20g重的载荷时的电极弯曲的最大变形率超过20%的电极。这里,最大变形率是指基于下述式算出的值。
最大变形率(%)=100×(最大位移量/片状电极的厚度)
因此,例如厚度0.04mm的片状电极通过像上述那样承受载荷而弯曲,最大位移量达到0.01mm时,最大变形率为25%,该片状电极“具有挠性”。
(电解质)
电解质30例如含有I-/I3-等氧化还原电偶和有机溶剂。作为有机溶剂,可使用乙腈、甲氧基乙腈、甲氧基丙腈、丙腈、碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸二乙酯、γ-丁内酯、正戊腈、新戊腈、戊二腈、甲基丙烯腈、异丁腈、苯基乙腈、丙烯腈、琥珀腈、乙二腈、戊腈、己二腈等。作为氧化还原电偶,例如除I-/I3-之外,还可举出溴/溴化物离子、锌配合物、铁配合物、钴配合物等氧化还原电偶。另外,电解质30可以使用离子液体来代替有机溶剂。作为离子液体,例如可使用吡啶盐、咪唑盐、三唑盐等已知的碘盐且在室温左右处于熔融状态的常温熔融盐。作为这样的常温熔融盐,例如优选使用1-己基-3-甲基碘化咪唑1-乙基-3-丙基碘化咪唑二甲基碘化咪唑乙基甲基碘化咪唑 二甲基丙基碘化咪唑丁基甲基碘化咪唑或甲基丙基碘化咪唑
另外,电解质30可使用上述离子液体与上述有机溶剂的混合物来代替上述有机溶剂。
另外,在电解质30中可添加添加剂。作为添加剂,可举出LiI、I2、4-叔丁基吡啶、硫氰酸胍、1-甲基苯并咪唑、1-丁基苯并咪唑等。
此外,作为电解质30,可使用在上述电解质中混炼SiO2、TiO2、碳纳米管等纳米粒子而成为凝胶状的准固态电解质,即纳米复合凝胶电解质,另外,也可使用利用聚偏氟乙烯、聚环氧乙烷衍生物、氨基酸衍生物等有机系凝胶化剂进行凝胶化而成的电解质。
(密封部)
如上所述,密封部40由无机密封部41和树脂密封部42构成。
如上所述,无机密封部41由主体部41a和突起部41b构成。
在本实施方式中,主体部41a由集电配线43和配线保护部44构成。集电配线43由具有比透明导电层12低的电阻的材料构成即可,例如由银等构成。
配线保护部44由能够保护集电配线43不受电解质30影响的材料构成即可,例如由非铅系的透明低熔点玻璃料等无机绝缘材料构成。作为低熔点玻璃料,可使用具有150~550℃的软化点的玻璃料。
突起部41b优选具有比粘接部42a的熔点(T1)高的熔点(T2)。此时,只要(T2-T1)大于0℃就没有特别限定,但优选为50~700℃,更优选为300~500℃。
突起部41b例如由非铅系的透明的低熔点玻璃料等无机绝缘材料构成。
从主体部41a起的突起部41b的高度(参照图4B)H没有特别限制,通常为20~300μm。
从主体部41a起的突起部41b的高度H优选为20~100μm。此时, 即使将色素敏化太阳能电池100放置在高温环境下而树脂密封部42中含有的粘接部42a变软,也能够将粘接部42a的厚度保持在最低限度20~100μm。因此,与突起部41b的高度H低于20μm的情况相比,能够更充分地确保粘接部42a对对电极20的粘接性。另外,与突起部41b的高度H高于100μm的情况相比,由于工作电极10与对电极20之间的间隔变得更窄狭,所以能够实现色素敏化太阳能电池100的轻薄化,并且得到更高的发电效率。
从主体部41a起的突起部41b的高度H更优选为40~80μm。
突起部41b的宽度优选为10~1000μm,更优选为50~500μm。如果突起部41b的宽度在上述范围内,则与脱离上述范围的情况相比,能够充分确保突起部41b与对电极20之间的粘接部42a的宽度,并且能够进一步充分发挥突起部41b作为隔离件的作用,还能够进一步增大色素敏化太阳能电池100的发电面积。这里,突起部41b的宽度是指从与导电性基板14的表面正交的方向看突起部41b时的突起部41b的最大宽度。
树脂密封部42由树脂材料构成。作为树脂材料,例如可举出离聚物、含有乙烯-乙烯基乙酸酐共聚物、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-乙烯基醇共聚物等的各种改性聚烯烃树脂,紫外线固化树脂和乙烯基醇聚合物等。
(热固化树脂)
热固化树脂45只要能够覆盖突起部41b和配线保护部44并保护其不受电解质30影响即可,作为热固化树脂45的具体例,例如可举出聚酰亚胺树脂、丙烯酸树脂、聚酯树脂和环氧树脂等。
接下来,参照图3~9对色素敏化太阳能电池100的制造方法进行说明。
图3~9是表示制造色素敏化太阳能电池100的一系列工序的截面图。
[第1电极准备工序]
首先,如下准备工作电极10(参照图3)。
首先,通过在透明基板11上形成1片连续的透明导电层12而制成透明的导电性基板14。作为透明导电层12的形成方法,可使用溅射法、蒸镀法、喷雾热分解法(SPD)或CVD法等。
接下来,在导电性基板14中的透明导电层12表面的要形成多孔氧化物半导体层13的预定的区域印刷多孔氧化物半导体层形成用糊剂。多孔氧化物半导体层形成用糊剂除了含有已叙述的氧化物半导体粒子之外,还含有聚乙二醇等树脂和萜品醇等溶剂。作为多孔氧化物半导体层形成用糊剂的印刷方法,例如可使用丝网印刷法、刮刀法、棒涂法等。
接下来,将多孔氧化物半导体层形成用糊剂煅烧,形成多孔氧化物半导体层13,得到工作电极10。
煅烧温度根据氧化物半导体粒子而不同,通常为350~600℃,煅烧时间也根据氧化物半导体粒子而不同,通常为1~5小时。
[无机密封部形成工序]
接下来,如图4A所示,以包围多孔氧化物半导体层13的方式形成连续状且环状的主体部41a。主体部41a可通过如下方式得到,即,以包围多孔氧化物半导体层13的方式形成集电配线43,接着以覆盖集电配线43的方式形成配线保护部44。
集电配线43例如可通过如下方式得到,即,配合金属粒子和聚乙二醇等增粘剂,制成糊剂,使用丝网印刷法等将该糊剂以包围多孔氧化物半导体层13的方式制成涂膜,进行加热、煅烧。配线保护部44例如可通过如下方式得到,即,利用丝网印刷法等以覆盖集电配线43整体的方式涂布在低熔点玻璃料等无机绝缘材料中根据需要配合增粘剂、结合剂、分散剂、溶剂等而成的配线保护层形成用糊剂,进行加热、煅烧。
接下来,如图4B所示,在主体部41a上形成连续状且环状的突起部41b。此时,突起部41b形成于主体部41a的与导电性基板14相反的一侧的面S3中的靠近多孔氧化物半导体层13的位置。突起部41b例如可通过如下方式得到,即,利用丝网印刷法等将含有低熔点玻璃料的 突起部形成用糊剂涂布于主体部41a的与导电性基板14相反的一侧的面S3中的靠近多孔氧化物半导体层13的位置,进行加热、煅烧。应予说明,作为突起部形成用糊剂,例如可使用与上述配线保护层形成用糊剂相同的糊剂。
接下来,用热固化树脂45被覆环状突起部41b的内周面。热固化树脂45例如可使用丝网印刷法、喷涂等形成(参照图2)。
[色素担载工序]
接下来,在工作电极10的多孔氧化物半导体层13上担载光敏化色素。为此,可以将工作电极10浸渍于含有光敏化色素的溶液中,使光敏化色素吸附于多孔氧化物半导体层13,或者将含有光敏化色素的溶液涂布于多孔氧化物半导体层13后,使其干燥,由此使光敏化色素吸附于多孔氧化物半导体层13。
[对置基板准备工序]
另一方面,如下准备作为对置基板的对电极20。
即,首先,如图5所示,准备对电极基板21。然后,在对电极基板21上形成催化剂层22。作为催化剂层22的形成方法,可使用溅射法、蒸镀法等。其中,从膜的均匀性的角度考虑,优选溅射法。
[第1密封材料固定工序]
接下来,如图6所示,在固定于工作电极10的无机密封部41上固定连续状且环状的第1密封材料42A。第1密封材料42A例如可通过加热热塑性树脂使其熔融并粘接于无机密封部41而固定于无机密封部41上。具体而言,第1密封材料42A通过如下方式固定于无机密封部41,即,以覆盖导电性基板14的表面中的位于比主体部41a靠近外侧的区域S5和主体部41a中的相对于突起部41b位于与电解质30相反的一侧的表面S3、S4的整体,并且也覆盖沿突起部41b的延伸方向的外周面S2的方式配置第1密封材料42A后,通过加热使其熔融而粘接于无机密封部41。此时,第1密封材料42A的熔点优选小于突起部41b的熔点(T2)。
[第2密封材料固定工序]
接下来,如图7所示,在对电极20中的催化剂层22表面上的环状部位B2固定第2密封材料42B。第2密封材料42B例如可通过如下方式固定,即,通过加热热塑性树脂使其熔融而粘接于催化剂层22。作为第2密封材料42B,可使用与第1密封材料42A相同的材料。第2密封材料42B的熔点优选小于突起部41b的熔点(T2)。
[电解质配置工序]
接着,如图8所示,在工作电极10上且无机密封部41的内侧配置电解质30。电解质30可通过以覆盖多孔氧化物半导体层13的方式注入或印刷于工作电极10上且无机密封部41的内侧而得到。
[贴合工序]
接下来,如图9所示,例如在减压下贴合工作电极10和对电极20。这样,在工作电极10与对电极20之间形成密封部40(参照图1)。
此时,对第1密封材料42A和第2密封材料42B重叠的部分进行局部加压并加热,使第1密封材料42A和第2密封材料42B热熔融。这样,可由第1密封材料42A和第2密封材料42B形成树脂密封部42,从而形成密封部40(参照图1)。
此时,第1密封材料42A和第2密封材料42B的加压通常在1~50MPa下进行,优选为2~30MPa,更优选为3~20MPa。
另外,使第1密封材料42A和第2密封材料42B熔融时的温度为形成第1密封材料42A和第2密封材料42B的热塑性树脂的熔点以上即可。如果上述温度低于热塑性树脂的熔点,则形成第1密封材料42A和第2密封材料42B的热塑性树脂不熔融,因此无法使第1密封材料42A和第2密封材料42B粘接而形成密封部40。应予说明,当形成第1密封材料42A和第2密封材料42B的热塑性树脂相互不同时,热塑性树脂的熔点是指具有更高熔点的热塑性树脂的熔点。
其中,使第1密封材料42A和第2密封材料42B熔融时的温度优选为(热塑性树脂的熔点+200℃)以下。如果上述温度高于(热塑性树 脂的熔点+200℃),则有可能第1密封材料42A和第2密封材料42B中含有的热塑性树脂因热而分解。
这样,得到色素敏化太阳能电池100,色素敏化太阳能电池100的制造结束。
根据上述制造方法,能够得到在高温环境下也具有优异的耐久性的色素敏化太阳能电池100。
另外,通常在贴合工作电极和对电极的贴合工序中,如果不精确控制温度、压力,则各色素敏化太阳能电池中的密封部的厚度将产生偏差。关于这点,在上述制造方法中,由于无机密封部41由主体部41a和从主体部41a延伸的突起部41b构成,所以即使将贴合时的温度设定得较高或者将压力设定得较高,也会因对电极20与突起部41b抵接而密封部40的厚度不会进一步减小。因此,在贴合工作电极10和对电极20的贴合工序中,即使不进行温度、压力的精密控制,也能够充分抑制密封部40的厚度偏差。因此,能够简单地进行贴合工序,能够简单地得到具有优异的耐久性的色素敏化太阳能电池100。
此外,在上述制造方法中,与粘接部42a全部相对于突起部41b位于电解质30侧的情况相比,可更充分地抑制由电解质30导致的粘接部42a的劣化。因此,得到的色素敏化太阳能电池100可具有更优异的耐久性。另外,在贴合工序中,由于以粘接部42a的一部分相对于突起部41b设置于与电解质30相反的一侧的方式形成密封部40,所以与粘接部42a全部相对于突起部41b位于电解质30侧的情况相比,可更充分抑制粘接部42a中含有的树脂材料流动而覆盖多孔氧化物半导体层13并浸入多孔氧化物半导体层13中。其结果,电解质30更充分地浸入多孔氧化物半导体层13中,得到的色素敏化太阳能电池100可具有更优异的光电转换特性。
应予说明,对电极20的准备在贴合工作电极10和对电极20的贴合工序之前进行即可,未必局限于像上述制造方法那样在工作电极10后进行的情况。例如,对电极20的准备可以在工作电极10之前进行。另外,对电极20上的第2密封材料42B的固定在对电极20的准备之后、贴合工作电极10和对电极20的贴合工序之前进行即可,未必局限于像 上述制造方法那样工在作电极10上的第1密封材料42A的固定之后进行的情况。例如,在工作电极10前准备对电极20时,对电极20上的第2密封材料42B的固定可以在对电极20的准备之后、工作电极10的准备之前进行,也可以在工作电极10的准备之后、工作电极10上的第1密封材料42A的固定之前进行。
另外,在上述实施方式中,将第1密封材料42A固定在无机密封部41上,将第2密封材料42B固定在对电极20中的催化剂层22上,但也可以仅将第1密封材料42A和第2密封材料42B中的任一者固定在无机密封部41上或对电极20中的催化剂层22上。即,可以省略第1密封材料固定工序或第2密封材料固定工序中的任一者。
<第2实施方式>
接下来,对本发明的色素敏化太阳能电池的第2实施方式进行说明。图10是表示本发明的色素敏化太阳能电池的第2实施方式的局部截面图。
如图10所示,本实施方式的色素敏化太阳能电池200具备密封部240,密封部240具有无机密封部41和粘接于无机密封部41的树脂密封部242,环状的树脂密封部242的外周面42c向内侧即电解质30侧弯曲,这点与第1实施方式的色素敏化太阳能电池100不同。这里,构成树脂密封部242的材料与构成第1实施方式的树脂密封部42的材料相同。
此时,如果对对电极20中的与多孔氧化物半导体层13对置的部分施加应力而使对电极20与多孔氧化物半导体层13之间的距离减小,则对电极20中比突起部41b还向外侧伸出的伸出部201与导电性基板14的距离扩大。此时,容易对树脂密封部242与导电性基板14的界面和树脂密封部242与对电极20的界面施加大的应力。这里,在本实施方式的色素敏化太阳能电池200中,环状的树脂密封部242的外周面42c向内侧即电解质30侧弯曲。换言之,树脂密封部242的外周面42c不以在与电解质30相反的一侧成为凸起的方式伸出,不会由导电性基板14和树脂密封部242的外周面42c形成应力容易集中的楔状的狭小间隙。另外,也不会由对电极20和树脂密封部242的外周面42c形成楔 状的狭小间隙。因此,即使对树脂密封部242与导电性基板14的界面和树脂密封部242与对电极20的界面施加大的应力,也能够抑制应力向这些界面集中。因此,本实施方式的色素敏化太阳能电池200可具有优异的耐久性。
应予说明,为了使环状的树脂密封部242的外周面42c向内侧即电解质30侧弯曲,例如可以在减压环境下贴合工作电极10和对电极20得到在工作电极10与对电极20之间具有密封部的结构体后,将该结构体在大气压环境下取出。
本发明不限定于上述第1和第2实施方式。例如在上述第1实施方式中,树脂密封部42的粘接部42a的一部分也进入突起部41b与对电极20之间,但如图11所示的第3实施方式涉及的色素敏化太阳能电池300,密封部340由无机密封部41和树脂密封部342构成,树脂密封部342的粘接部342a的一部分可以不进入突起部41b与对电极20之间。即,突起部41b和对电极20可以直接接触。此时,由于突起部41b和对电极20直接接触,所以即使将色素敏化太阳能电池300放置在高温环境下而树脂密封部342变软,粘接部342a的厚度欲减小,粘接部342a的厚度也保持恒定。因此,即使将色素敏化太阳能电池300放置在高温环境下,也可充分抑制粘接部342a与对电极20的粘接性的降低。因此,色素敏化太阳能电池300可具有优异的耐久性。应予说明,构成树脂密封部342的材料与第1实施方式的构成树脂密封部42的材料相同。
另外,在上述第1实施方式中,树脂密封部42由粘接部42a和扩展部42b构成,但如图12所示的第4实施方式涉及的色素敏化太阳能电池400,并不是必须需要扩展部42b,也可以省略。即,在色素敏化太阳能电池400中,密封部440由无机密封部41和树脂密封部442构成,树脂密封部442可以仅由粘接部442a构成。应予说明,构成树脂密封部442的材料与第1实施方式的构成树脂密封部42的材料相同。
为了形成如上所述的仅由粘接部442a构成的树脂密封部442,例如在将第1密封材料42A固定于无机密封部41时,可以以仅覆盖沿突起部41b的延伸方向的外周面S2和主体部41a中的相对于突起部41b位于与电解质30相反的一侧且相对于主体部41a位于与导电性基板14相反的一侧的表面S3的方式配置第1密封材料42A后,通过加热使其 熔融而粘接于无机密封部41。
此外,在上述第1~4实施方式中,突起部41b为连续状,但也可以为非连续状。即,多个突起部41b可以隔着规定的间隔配置成环状。此时,各突起部41b可具有圆柱状、球状等各种形状。
此外,在上述第1实施方式中,主体部41a由集电配线43和配线保护部44构成,但如图13所示的第5实施方式涉及的色素敏化太阳能电池500,密封部540可以由无机密封部541和树脂密封部42构成,无机密封部541由主体部541a和突起部41b构成。即,主体部541a可以不含有集电配线43。这里,主体部541a由与配线保护部44相同的材料构成。
此外,在上述第1~5实施方式中,对电极20构成对置基板,但如图14所示的第6实施方式涉及的色素敏化太阳能电池600,作为对置基板,可使用绝缘性基板601来代替对电极20。此时,在绝缘性基板601、密封部40与导电性基板14之间的空间配置结构体602。结构体602设置在导电性基板14中的对置基板601侧的面上。结构体602是从导电性基板14侧依次由多孔氧化物半导体层13、多孔绝缘层603和对电极620构成的。另外,在上述空间中配置有电解质30。电解质30浸入到多孔氧化物半导体层13和多孔绝缘层603的内部。这里,作为绝缘性基板601,例如可使用玻璃基板或树脂膜等。另外,作为对电极620,可使用与对电极20相同的材料。或者对电极620例如也可以由含有碳等的多孔的单一的层构成。多孔绝缘层603主要用于防止多孔氧化物半导体层13与对电极620的物理接触,使电解质30浸入内部。作为这样的多孔绝缘层603,例如可使用氧化物的煅烧体。应予说明,在图14所示的色素敏化太阳能电池600中,在密封部40、导电性基板14与对置基板601之间的空间中仅设有1个结构体602,但也可以设置多个结构体602。另外,多孔绝缘层603设置在多孔氧化物半导体层13与对电极620之间,但也可以以包围多孔氧化物半导体层13的方式设置在导电性基板14与对电极620之间。该构成也能够防止多孔氧化物半导体层13与对电极620的物理接触。
另外,在上述第1和第5实施方式中,环状无机密封部41的内周面S1被热固化树脂45覆盖,保护其不受电解质30影响,但并不是必 须需要热固化树脂45,可将其省略。
此外,在上述第1~5实施方式中,粘接部42a、342a、442a的全部或部分相对于突起部41b设置于与电解质30相反的一侧,但粘接部42a、342a、442a与突起部41b的位置也可以颠倒。即,突起部41b相对于粘接部42a、342a、442a的全部或部分设置于与电解质30相反的一侧。此时,在第1~3和第5实施方式的色素敏化太阳能电池100、200、300、500中,扩展部42b配置在比粘接部42a靠近电解质30侧的位置。
另外,在上述第1~3和第5实施方式中,扩展部42b连结工作电极10和对电极20,但扩展部42b可以仅与工作电极10和对电极20中的任一者进行粘接,也可以与两者都不粘接。
此外,在上述第1~5实施方式中,单元空间的内压低于大气压,但单元空间的内压也可以为大气压以上。
实施例
以下,举出实施例更具体地说明本发明的内容,但本发明不限定于下述实施例。
(实施例1)
首先,准备在玻璃基板上设置10cm×10cm×4mm(厚度)的由氟掺杂氧化锡构成的FTO膜而成的透明导电玻璃基板(FTO基板)。接着,在FTO基板中的FTO膜上利用丝网印刷涂布含有平均粒径20nm的氧化钛的多孔氧化物半导体层形成用糊剂,干燥后在500℃进行1小时加热处理,由此形成厚度约20μm的多孔氧化物半导体层。这样制成工作电极。
接下来,在工作电极的FTO基板上利用丝网印刷以包围多孔氧化物半导体层的方式涂布银糊剂,干燥后在500℃进行1小时加热处理,由此形成宽度500μm、高度25μm的连续状且环状的集电配线。
接下来,利用丝网印刷以覆盖集电配线的方式涂布含有玻璃料(熔点:510℃)的糊剂,干燥后在480℃进行1小时加热处理,由此形成宽度800μm、从FTO基板的高度40μm的连续状且环状的配线保护部。 这样形成连续状且环状的主体部。接着,利用丝网印刷将与主体部的形成所使用的糊剂相同的含有玻璃料的糊剂涂布于主体部中的与FTO基板相反一侧的面中的靠近多孔氧化物半导体层的区域,干燥后在480℃进行1小时加热处理,由此形成连续状且环状的突起部。此时,突起部以从主体部的高度H为40μm、宽度为100μm的方式形成。这样,在工作电极上形成环状的无机密封部。
接着,将工作电极浸渍于在以体积比1:1混合乙腈和叔丁醇得到的混合溶剂中溶解作为光敏化色素的钌吡啶配合物色素(N719色素)0.3mM而成的溶液中一昼夜,使光敏化色素担载于工作电极。
另一方面,准备5.5cm×5.5cm×40μm(厚度)的由纯金属钛箔构成的金属基板,在该金属基板的整面利用溅射法形成厚度约10nm的铂催化剂层,得到对电极。
接下来,作为第1密封材料,准备由聚烯烃系热熔树脂构成且在10cm×10cm的片中形成有一个方形的开口(5cm×5cm)的、宽度为5mm的方形环状体。接着,将第1密封材料放置在工作电极的无机密封部上后,进行熔融粘接。具体而言,通过如下方式将第1密封材料固定于无机密封部,即,以覆盖FTO基板表面中的位于主体部的外侧的区域和主体部中的相对于突起部位于与电解质相反的一侧的表面整体,并且还覆盖沿突起部的延伸方向的外周面的方式配置第1密封材料后,通过加热使其熔融而粘接于无机密封部。这样在工作电极上形成第1密封材料。此时,作为聚烯烃系热熔树脂,使用作为离聚物的HIMILAN(商品名,Mitsui Dupont Chemical公司制,熔点:98℃)。
接下来,作为第2密封材料,准备由聚烯烃系热熔树脂构成且在10cm×10cm的片上形成有一个方形的开口(5cm×5cm)的、宽度为5mm的方形环状体。接着,将第2密封材料配置于对电极的铂催化剂层上后,进行熔融粘接。这样在对电极上形成第2密封材料。此时,作为聚烯烃系热熔树脂,与第1密封材料的形成所使用的聚烯烃系热熔树脂相同,使用HIMILAN(熔点:98℃)。
接着,在环状无机密封部的内侧滴加电解质。此时,作为电解质,使用由含有碘/碘化物离子氧化还原电偶的离子液体(己基碘化咪唑) 与甲氧基丙腈构成的电解质。
然后,将固定有第1密封材料的工作电极和固定有第2密封材料的对电极放置于减压环境中(500Pa)后,将第1密封材料与第2密封材料重叠。然后,利用加热器边以3MPa对第1密封材料和第2密封材料加压边在160℃加热使其熔融,形成密封部。这样得到色素敏化太阳能电池。应予说明,用SEM观察所得色素敏化太阳能电池的截面,结果可知树脂密封部的一部分进入突起部与对电极之间。另外可知,树脂密封部具有相对于粘接部也向与电解质相反的一侧扩展的扩展部,扩展部与FTO基板和对电极两者进行粘接。
(实施例2~6)
按表1所示设置从主体部起的突起部的高度H,除此之外,与实施例1同样地制成色素敏化太阳能电池。应予说明,用SEM观察实施例2~6中得到的色素敏化太阳能电池的截面,结果可知树脂密封部的一部分进入突起部与对电极之间。另外可知树脂密封部具有相对于粘接部也向与电解质相反的一侧扩展的扩展部,扩展部与FTO基板和对电极两者进行粘接。
(实施例7)
形成密封部时,以5MPa的压力对第1密封材料和第2密封材料进行加压,使突起部与对电极接触,除此之外,与实施例1同样地制成色素敏化太阳能电池。应予说明,用SEM观察实施例7中得到的色素敏化太阳能电池的截面,结果可知树脂密封部具有相对于粘接部也向与电解质相反的一侧扩展的扩展部,扩展部与FTO基板和对电极两者进行粘接。
(实施例8)
将第1密封材料固定于无机密封部时,以仅覆盖沿突起部的延伸方向的外周面和主体部中的位于相对于突起部与电解质相反的一侧且相对于主体部与FTO基板相反的一侧的表面的方式配置第1密封材料后,通过加热使其熔融而粘接于无机密封部,由此不形成扩展部,除此之外,与实施例1同样地制成色素敏化太阳能电池。应予说明,用SEM观察 实施例8中得到的色素敏化太阳能电池的截面,结果可知树脂密封部的一部分进入突起部与对电极之间。另外还可知,树脂密封部不具有相对于粘接部向与电解质相反的一侧扩展的扩展部。
(实施例9)
在主体部中的与FTO基板相反的一侧的表面中的与多孔氧化物半导体层最远的位置形成突起部,将第1密封材料固定于无机密封部时,以仅覆盖沿突起部的延伸方向的内周面和主体部中的相对于突起部位于电解质侧且相对于主体部位于与FTO基板相反的一侧的表面的方式配置第1密封材料后,通过加热使其熔融而粘接于无机密封部,由此不形成扩展部,除此之外,与实施例1同样地制成色素敏化太阳能电池。应予说明,用SEM观察实施例9中得到的色素敏化太阳能电池的截面,结果可知树脂密封部的一部分进入突起部与对电极之间。另外还可知,树脂密封部不具有相对于粘接部向电解质侧扩展的扩展部。
(比较例1)
不在主体部上形成突起部,除此之外,与实施例1同样地制成色素敏化太阳能电池。
[耐久性的评价]
对色素敏化太阳能电池的耐久性如下进行评价。即,首先,对实施例1~9和比较例1中得到的色素敏化太阳能电池在85℃58%RH环境下测定放置1000h后的光电转换效率,基于下述式算出光电转换效率的降低率。
光电转换效率的降低率(%)=初始的光电转换效率(100%)-放置1000h后的光电转换效率)
将结果示于表1。应予说明,当光电转换效率的降低率为10%以下时耐久性优异,评价为“合格”,高于10%时耐久性差,评价为“不合格”。

由表1所示的结果可知,实施例1~9的色素敏化太阳能电池在耐久性方面满足合格标准。与此相对,比较例1的色素敏化太阳能电池在耐久性方面不满足合格标准。
因此,确认了本发明的色素敏化太阳能电池即使在高温环境下也具有优异的耐久性。
符号说明
10…工作电极(第1电极)
14…导电性基板
20…对电极(对置基板)
30…电解质
40、240、340、440、540…密封部
41、541…无机密封部
41a、541a…主体部
41b…突起部
S1…外周面(侧面)
42、242、342、442…树脂密封部
42a、342a、442a…粘接部
42b…扩展部
43…集电配线(主体部)
44…配线保护部(主体部)
100、200、300、400、500、600…色素敏化太阳能电池
601…对置基板
S4…未粘接粘接部的区域
H…突起部的高度

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1、(10)申请公布号 CN 104246940 A (43)申请公布日 2014.12.24 C N 1 0 4 2 4 6 9 4 0 A (21)申请号 201380021143.4 (22)申请日 2013.02.27 2012-116121 2012.05.22 JP H01G 9/20(2006.01) H01G 9/04(2006.01) (71)申请人株式会社藤仓 地址日本东京都 (72)发明人臼井弘纪 (74)专利代理机构北京集佳知识产权代理有限 公司 11227 代理人金世煜 苗堃 (54) 发明名称 色素敏化太阳能电池及其制造方法 (57) 摘要 本发明是一种色素敏化太阳能电。

2、池,其具备 导电性基板、与导电性基板对置的对置基板、配置 于导电性基板与对置基板之间的电解质以及与导 电性基板、对置基板一起包围电解质且连结导电 性基板和对置基板的环状的密封部;密封部具有 固定于导电性基板且由无机材料构成的无机密封 部和固定于对置基板且由树脂材料构成的树脂密 封部,无机密封部具有设置在导电性基板上的主 体部和从主体部向与导电性基板相反的一侧延伸 的突起部,树脂密封部具有将主体部和对置基板 进行粘接且粘接于沿突起部的延伸方向的侧面的 粘接部。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2014.10.21 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/JP2013/。

3、055100 2013.02.27 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/175823 JA 2013.11.28 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书17页 附图6页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书17页 附图6页 (10)申请公布号 CN 104246940 A CN 104246940 A 1/2页 2 1.一种色素敏化太阳能电池,具备: 导电性基板, 对置基板,与所述导电性基板对置, 电解质,配置于所述导电性基板与所述对置基板之间,和 环状的密封部,与所述导电性基板及所述对置基板一起包围所述电解质,并且连结所 述导。

4、电性基板和所述对置基板; 其中,所述密封部具有: 固定于所述导电性基板且由无机材料构成的无机密封部,和 固定于所述对置基板且由树脂材料构成的树脂密封部; 并且,所述无机密封部具有: 设置在所述导电性基板上的主体部,和 从所述主体部向与所述导电性基板相反的一侧延伸的突起部, 所述树脂密封部具有粘接部,该粘接部将所述主体部和所述对置基板粘接,且粘接于 沿所述突起部的延伸方向的侧面。 2.根据权利要求1所述的色素敏化太阳能电池,其中,所述突起部的熔点高于所述粘 接部的熔点。 3.根据权利要求1或2所述的色素敏化太阳能电池,其中,所述粘接部的至少一部分相 对于所述突起部设置在与所述电解质相反的一侧。 。

5、4.根据权利要求3所述的色素敏化太阳能电池,其中,所述树脂密封部进一步具有扩 张部,该扩张部扩张至相对于所述粘接部与所述突起部相反的一侧,粘接于所述无机密封 部的所述主体部中的未粘接所述粘接部的区域。 5.根据权利要求14中任一项所述的色素敏化太阳能电池,其中,从所述主体部起的 所述突起部的高度为20100m。 6.根据权利要求15中任一项所述的色素敏化太阳能电池,具有第1电极,该第1电 极具有所述导电性基板,所述对置基板由第2电极构成。 7.一种色素敏化太阳能电池的制造方法,该制造方法包括如下工序: 无机密封部形成工序,在导电性基板上形成由无机材料构成的无机密封部, 对置基板准备工序,准备对。

6、置基板, 电解质配置工序,在所述导电性基板或所述对置基板上配置电解质,和 贴合工序,将所述导电性基板与所述对置基板贴合,在所述导电性基板与所述对置基 板之间形成密封部; 其中,在所述无机密封部形成工序中,所述无机密封部形成为具有主体部和突起部,所 述主体部设置在所述导电性基板上,所述突起部从所述主体部向与所述导电性基板相反的 一侧延伸, 在所述贴合工序中,所述密封部形成为具有所述无机密封部和树脂密封部,该树脂密 封部固定于所述对置基板且由树脂材料构成,所述树脂密封部具有粘接部,该粘接部将所 述主体部与所述对置基板粘接,且粘接于沿所述突起部的延伸方向的侧面。 8.根据权利要求7所述的色素敏化太阳。

7、能电池的制造方法,其中,所述突起部的熔点 高于所述粘接部的熔点。 权 利 要 求 书CN 104246940 A 2/2页 3 9.根据权利要求7或8所述的色素敏化太阳能电池的制造方法,其中,在所述贴合工序 中,所述粘接部的至少一部分以相对于所述突起部设置在与所述电解质相反的一侧的方式 形成所述密封部。 10.根据权利要求79中任一项所述的色素敏化太阳能电池的制造方法,其中,在所 述无机密封部形成工序中,以从所述主体部起的所述突起部的高度成为20100m的方 式形成所述无机密封部。 11.根据权利要求710中任一项所述的色素敏化太阳能电池的制造方法,包括第1 电极准备工序,准备具有所述导电性基。

8、板的第1电极, 并且,所述对置基板由第2电极构成。 权 利 要 求 书CN 104246940 A 1/17页 4 色素敏化太阳能电池及其制造方法 技术领域 0001 本发明涉及一种色素敏化太阳能电池及其制造方法。 背景技术 0002 作为光电转换元件,色素敏化太阳能电池因廉价且得到高光电转换效率而备受关 注,关于色素敏化太阳能电池进行有各种开发。 0003 色素敏化太阳能电池通常具备导电性基板、对电极等对置基板、配置于导电性基 板与对置基板之间的电解质、以及连结导电性基板和对置基板的密封部。 0004 作为这样的色素敏化太阳能电池,例如已知下述专利文献1中记载的光电转换装 置。在下述专利文献。

9、1中,记载了构成光电转换装置的密封部具备固定于工作电极的导电 性基板且由无机材料构成的无机密封部和连结对电极和无机密封部且由树脂材料构成的 树脂密封部,提出了利用具有这样的密封部的光电转换装置可充分抑制光电转换效率的经 时变化。 0005 现有技术文献 0006 专利文献 0007 专利文献1:国际公开第2010/050207号 发明内容 0008 但是,上述专利文献1中记载的光电转换装置在高温环境下的耐久性方面仍留有 改善的余地。 0009 本发明是鉴于上述情况而进行的,其目的是提供一种在高温环境下也具有优异的 耐久性的色素敏化太阳能电池及其制造方法。 0010 本发明人对产生上述课题的原因。

10、进行了研究。首先,如果将上述专利文献1记载 的光电转换装置放置在高温环境下,树脂密封部过度变软,则工作电极的导电性基板与对 电极之间的距离(以下,称为“极间距离”)与树脂密封部过度变软之前的极间距离相比有 可能大幅度减小,本发明人认为上述现象可成为产生上述课题的原因。因此,也考虑了减小 树脂密封部的厚度。如果减小树脂密封部的厚度,则即使树脂密封部在高温环境下过度变 软,也能够减小树脂密封部的厚度的最大减少量,因此能够抑制极间距离相比于树脂密封 部过度变软之前的极间距离大幅度减少。但是,此时,由于树脂密封部的厚度变小,所以树 脂密封部对对电极的粘接力降低,树脂密封部有可能容易从对电极剥离。因此,。

11、本发明人经 过进一步反复深入研究,结果发现通过以下发明可解决上述课题。 0011 即本发明是一种色素敏化太阳能电池,其具备导电性基板,与上述导电性基板对 置的对置基板,配置于上述导电性基板与上述对置基板之间的电解质,以及与上述导电性 基板、上述对置基板一起包围上述电解质且连结上述导电性基板和上述对置基板的环状的 密封部;上述密封部具有固定于上述导电性基板且由无机材料构成的无机密封部和固定于 上述对置基板且由树脂材料构成的树脂密封部,上述无机密封部具备设置在上述导电性基 说 明 书CN 104246940 A 2/17页 5 板上的主体部和从上述主体部向与上述导电性基板相反的一侧延伸的突起部,上。

12、述树脂密 封部具有粘接上述主体部和上述对置基板且粘接于沿上述突起部的延伸方向的侧面的粘 接部。 0012 根据该色素敏化太阳能电池,如果将该色素敏化太阳能电池放置在高温环境下, 则树脂密封部中含有的粘接部变软。此时,在本发明的色素敏化太阳能电池中,无机密封部 具有从主体部向与导电性基板相反的一侧延伸的突起部。这里,由于无机密封部中含有的 主体部和突起部由无机材料构成,所以即使树脂密封部中含有的粘接部变软,主体部和突 起部也能够保持硬的状态。因此,即使树脂密封部中含有的粘接部变软而粘接部的厚度减 小并且对置基板向无机密封部的主体部靠近,也由于对置基板与突起部抵接,所以可阻止 对置基板向主体部靠近。

13、。因此,可充分抑制树脂密封部的粘接部的厚度减小,充分抑制粘接 部对对置基板的粘接性的降低。因此,可充分抑制粘接部从对置基板剥离。因此,根据本发 明的色素敏化太阳能电池,即使在高温环境下也可具有优异的耐久性。 0013 在上述色素敏化太阳能电池中,上述突起部的熔点优选高于上述粘接部的熔点。 0014 在上述色素敏化太阳能电池中,优选上述粘接部的至少一部分相对于上述突起部 设置在与上述电解质相反的一侧。 0015 此时,与粘接部全部相对于突起部位于电解质侧的情况相比,由电解质导致的粘 接部的劣化被充分抑制。因此,色素敏化太阳能电池可具有更优异的耐久性。 0016 在上述色素敏化太阳能电池中,优选上。

14、述树脂密封部进一步具有扩展部,该扩展 部相对于上述粘接部向与上述突起部相反的一侧扩展,并粘接于上述无机密封部的上述主 体部中的未粘接上述粘接部的区域。 0017 此时,树脂密封部通过粘接部与无机密封部的主体部粘接,并且通过扩展部与无 机密封部的主体部中的未粘接粘接部的区域粘结。因此,如果树脂密封部具有扩展部,则与 不具有扩展部的情况相比,粘接部被加强。即,即使对粘接部施加过大的应力,由于粘接部 被扩展部的加强,所以粘接部也不易从对置基板剥离。因此,色素敏化太阳能电池可具有更 优异的耐久性。 0018 在上述色素敏化太阳能电池中,从上述主体部的上述突起部起的高度优选为 20100m。 0019 。

15、此时,即使将色素敏化太阳能电池放置在高温环境下而树脂密封部中含有的粘接 部变软,也能够将粘接部的厚度保持在最低限度20100m。因此,与突起部的高度低于 20m的情况相比,能够更充分地确保粘接部对对置基板的粘接性。另外,与突起部的高度 高于100m的情况相比,由于导电性基板与对置基板之间的间隔(以下,也称为“基板间距 离”)变得更窄,所以能够实现色素敏化太阳能电池的轻薄化。 0020 上述色素敏化太阳能电池具备具有上述导电性基板的第1电极,上述对置基板可 由第2电极构成。 0021 另外,本发明是一种色素敏化太阳能电池的制造方法,该方法包括如下工序:无机 密封部形成工序,在导电性基板上形成由无。

16、机材料构成的无机密封部;对置基板准备工序, 准备对置基板;电解质配置工序,在上述导电性基板或上述对置基板上配置电解质;以及 贴合工序,贴合上述导电性基板和上述对置基板,在上述导电性基板与上述对置基板之间 形成密封部;其中,在上述无机密封部形成工序中,上述无机密封部以具有设置在上述导电 说 明 书CN 104246940 A 3/17页 6 性基板上的主体部和从上述主体部向与上述导电性基板相反的一侧延伸的突起部的方式 形成,在上述贴合工序中,上述密封部以具有上述无机密封部和固定于上述对置基板且由 树脂材料构成的树脂密封部的方式形成,上述树脂密封部以具有粘接上述主体部和上述对 置基板且粘接于沿上述。

17、突起部的延伸方向的侧面的粘接部的方式形成。 0022 利用该制造方法得到的色素敏化太阳能电池可得到以下效果。即,如果将由上述 制造方法得到的色素敏化太阳能电池放置在高温环境下,则树脂密封部中含有的粘接部会 变软。此时,在由本发明的色素敏化太阳能电池的制造方法得到的色素敏化太阳能电池中, 无机密封部具有从主体部向与导电性基板相反的一侧延伸的突起部。这里,由于无机密封 部中含有的主体部和突起部由无机材料构成,所以即使树脂密封部中含有的粘接部变软, 主体部和突起部也能够保持硬的状态。因此,即使树脂密封部中含有的粘接部变软而粘接 部的厚度减小并且对置基板向无机密封部的主体部靠近,也由于对置基板与突起部。

18、抵接, 所以可阻止对置基板向主体部靠近。因此,可充分抑制树脂密封部的粘接部的厚度减小,可 充分抑制粘接部对对置基板的粘接性降低。因此,可充分抑制粘接部从对置基板剥离。因 此,根据利用本发明的制造方法得到的色素敏化太阳能电池,即使在高温环境下也可具有 优异的耐久性。另外,通常在贴合工作电极和对电极的贴合工序中,如果不精确控制温度、 压力,则各色素敏化太阳能电池中的密封部的厚度会产生偏差。关于这点,在本发明的制造 方法中,由于无机密封部由主体部和从主体部延伸的突起部构成,所以即使将贴合时的温 度设定得较高或者将压力设定得较高,也会因对置基板与突起部抵接而密封部的厚度不易 减小。因此,在贴合导电性基。

19、板和对置基板的贴合工序中,即使不进行温度、压力的精确控 制,也能够充分抑制密封部的厚度的偏差。因此,能够简单地进行贴合工序,能够简单地得 到具有优异的耐久性的色素敏化太阳能电池。 0023 在上述色素敏化太阳能电池的制造方法中,上述突起部的熔点优选高于上述粘接 部的熔点。 0024 在上述色素敏化太阳能电池的制造方法中,上述贴合工序中,优选以上述粘接部 的至少一部分相对于上述突起部设置于与上述电解质相反的一侧的方式形成上述密封部。 0025 此时,在得到的色素敏化太阳能电池中,与粘接部全部相对于突起部位于上述电 解质侧的情况相比,可更充分地抑制由电解质导致的粘接部的劣化。因此,得到的色素敏化 。

20、太阳能电池可具有更优异的耐久性。另外,在贴合工序中,由于以粘接部的至少一部分相对 于突起部设置于与电解质相反的一侧的方式形成密封部,所以与粘接部全部相对于突起部 位于电解质侧的情况相比,可更充分地抑制粘接部中含有的树脂材料流动而覆盖多孔氧化 物半导体层并浸入多孔氧化物半导体层中。其结果,电解质更充分地浸入多孔氧化物半导 体层中,得到的色素敏化太阳能电池可具有更优异的光电转换特性。 0026 在上述色素敏化太阳能电池的制造方法中,上述无机密封部形成工序中,优选以 从上述主体部起的上述突起部的高度成为20100m的方式形成上述无机密封部。 0027 此时,即使将得到的色素敏化太阳能电池放置在高温环。

21、境下而树脂密封部中含有 的粘接部变软,也能够将粘接部的厚度保持在最低限度20100m。因此,与突起部的高 度低于20m的情况相比,能够更充分地确保粘接部对对置基板的粘接性。另外,与突起部 的高度高于100m的情况相比,由于基板间距离变得更窄,所以能够实现色素敏化太阳能 电池的轻薄化。 说 明 书CN 104246940 A 4/17页 7 0028 上述色素敏化太阳能电池的制造方法可包括第1电极准备工序,即,准备具有上 述导电性基板的第1电极,上述对置基板可由第2电极构成。 0029 根据本发明,可提供即使在高温环境下也具有优异的耐久性的色素敏化太阳能电 池及其制造方法。 附图说明 0030 。

22、图1是表示本发明的色素敏化太阳能电池的第1实施方式的截面图。 0031 图2是图1的局部放大截面图。 0032 图3是表示图1的色素敏化太阳能电池的制造方法的第1电极准备工序的截面 图。 0033 图4A是表示图1的色素敏化太阳能电池的制造方法的无机密封部形成工序的一 部分的截面图。 0034 图4B是表示图1的色素敏化太阳能电池的制造方法的无机密封部形成工序的一 部分的截面图。 0035 图5是表示图1的色素敏化太阳能电池的制造方法的第2电极准备工序的截面 图。 0036 图6是表示图1的色素敏化太阳能电池的制造方法的第1密封材料固定工序的截 面图。 0037 图7是表示图1的色素敏化太阳能。

23、电池的制造方法的第2密封材料固定工序的截 面图。 0038 图8是表示图1的色素敏化太阳能电池的制造方法的电解质配置工序的截面图。 0039 图9是表示图1的色素敏化太阳能电池的制造方法的贴合工序的截面图。 0040 图10是表示本发明的色素敏化太阳能电池的第2实施方式的局部截面图。 0041 图11是表示本发明的色素敏化太阳能电池的第3实施方式的局部截面图。 0042 图12是表示本发明的色素敏化太阳能电池的第4实施方式的局部截面图。 0043 图13是表示本发明的色素敏化太阳能电池的第5实施方式的局部截面图。 0044 图14是表示本发明的色素敏化太阳能电池的第6实施方式的截面图。 具体实。

24、施方式 0045 以下,参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。应予说明,在所有附图中,对 相同或同等的构成要素标记相同的符号并省略重复的说明。 0046 第1实施方式 0047 首先,参照附图对本发明的色素敏化太阳能电池的第1实施方式进行详细说明。 图1是表示本发明涉及的色素敏化太阳能电池的第1实施方式的截面图,图2是图1的局 部放大截面图。 0048 如图1所示,色素敏化太阳能电池100具备工作电极(第1电极)10,与工作电极 10对置配置的对电极(第2电极)20,配置于工作电极10与对电极20之间的电解质30, 以及与工作电极10、对电极20一起包围电解质30的环状的密封部40。另外,由。

25、工作电极 10、对电极20和密封部40围成的单元空间的内压低于大气压。 说 明 书CN 104246940 A 5/17页 8 0049 工作电极10具备在与对电极20之间具有电解质30的透明导电性基板14和与导 电性基板14的表面接合的多孔氧化物半导体层13。导电性基板14由透明基板11和设置 于透明基板11的对电极20侧且与多孔氧化物半导体层13接合的透明导电膜(以下,称为 “透明导电层”)12构成。在多孔氧化物半导体层13中担载有光敏化色素。 0050 对电极20与导电性基板14对置,由对电极基板21和在对电极基板21中的电解 质30侧的面设置的催化剂层22构成。 0051 如图2所示,。

26、环状的密封部40具有:由无机材料构成的连续状且环状的无机密封 部41、由树脂材料构成的连续状且环状的树脂密封部42、以及覆盖无机密封部41的内周面 S 1 以保护无机密封部41不受电解质30影响的热固化树脂45。 0052 环状的无机密封部41具有:在工作电极10中的透明导电性基板14上设置的连续 状且环状的主体部41a、和从主体部41a的一部分向与导电性基板14相反的一侧延伸的连 续状且环状的突起部41b。主体部41a由设置在透明导电层12上的集电配线43和覆盖集 电配线43以保护其不受电解质30影响的配线保护部44构成。另外,突起部41b从主体部 41a中的与导电性基板14相反的一侧区域S。

27、 3 中的靠近电解质30的区域向与导电性基板14 相反的一侧、即对电极20侧延伸。 0053 另一方面,树脂密封部42由粘接无机密封部41和对电极20的粘接部42a、和相对 于粘接部42a与突起部41b相反的一侧扩展且粘接于无机密封部41的主体部41a中的未 粘接粘接部42a的区域S 4 的扩展部42b构成。这里,粘接部42a的一部分,与相对于突起 部41b设置于与电解质30相反的一侧且沿突起部41b的延伸方向的外周面S 2 进行粘接。 粘接部42a的余部进入突起部41b与对电极20之间并与突起部41b和对电极20粘接。另 外,扩展部42b连结工作电极10的透明导电层12和对电极20。 005。

28、4 根据该色素敏化太阳能电池100,如果将色素敏化太阳能电池100放置在高温环 境下,则树脂密封部42中含有的粘接部42a将变软。此时,在色素敏化太阳能电池100中, 无机密封部41具有从主体部41a向与导电性基板14相反的一侧延伸的突起部41b。这里, 由于无机密封部41中含有的主体部41a和突起部41b由无机材料构成,所以即使树脂密封 部42中含有的粘接部42a变软,主体部41a和突起部41b也能够保持硬的状态。因此,即 使树脂密封部42中含有的粘接部42a变软而粘接部42a的厚度减小并且对电极20向无机 密封部41的主体部41a靠近,也由于其中的对电极20与突起部41b抵接,所以可阻止对。

29、电 极20进一步向主体部41a靠近。因此,可充分抑制树脂密封部42的粘接部42a的厚度减 小,可充分抑制粘接部42a对对电极20的粘接性降低。因此,可充分抑制粘接部42a从对 电极20剥离。因此,色素敏化太阳能电池100即使在高温环境下也可具有优异的耐久性。 0055 另外,在色素敏化太阳能电池100中,粘接部42a的一部分相对于突起部41b设置 于与电解质30相反的一侧。因此,与粘接部42a全部相对于突起部41b位于电解质30侧 的情况相比,可充分抑制由电解质30导致的粘接部42a的劣化。因此,色素敏化太阳能电 池100可具有更优异的耐久性。 0056 另外,在色素敏化太阳能电池100中,粘。

30、接部42a的余部进入突起部41b与对电极 20之间并与突起部41b和对电极20粘接。因此,与粘接部42a的余部不进入突起部41b与 对电极20之间的情况相比,能够增加树脂密封部42与对电极20的粘接面积。因此,树脂 密封部42对对电极20的粘接性进一步提高,树脂密封部42更不易从对电极20剥离。其 说 明 书CN 104246940 A 6/17页 9 结果,色素敏化太阳能电池100可具有更优异的耐久性。 0057 另外,在色素敏化太阳能电池100中,树脂密封部42进一步具有扩展部42b,该扩 展部42b与无机密封部41的主体部41a中的未粘接粘接部42a的区域S 4 粘接。因此,树 脂密封部。

31、42通过粘接部42a与无机密封部41的主体部41a粘接,并且通过扩展部42b与 无机密封部41的主体部41a中的未粘接粘接部42a的区域S 4 粘接。因此,如果树脂密封 部42具有扩展部42b,则与不具有扩展部42b的情况相比,粘接部42a被加强。即,即使对 粘接部42a施加过大的应力,由于粘接部42a被扩展部42b的加强,粘接部42a也不易从对 电极20剥离。因此,色素敏化太阳能电池100可具有更优异的耐久性。特别是在本实施方 式中,扩展部42b连结导电性基板14和对电极20。因此,对粘接部42a的加强效果进一步 增大。此外,即使沿着密封部40与对电极20的界面或密封部40与工作电极10的界。

32、面施 加过大的应力,也可充分抑制密封部40从对电极20或工作电极10剥离。其结果,能够使 色素敏化太阳能电池100的耐久性更优异。 0058 接下来,对工作电极10、光敏化色素、对电极20、电解质30、密封部40和热固化树 脂45进行详细说明。 0059 (工作电极) 0060 如上所述,工作电极10具备导电性基板14和设置在导电性基板14表面上的多孔 氧化物半导体层13,导电性基板14由透明基板11和在透明基板11的对电极20侧设置的 透明导电层12构成。 0061 构成透明基板11的材料例如为透明材料即可,作为这样的透明材料,例如可举出 硼硅酸玻璃、碱石灰玻璃、白板玻璃、石英玻璃等玻璃,聚。

33、对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘 二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯(PC)、聚醚砜(PES)等树脂膜。透明基板11的厚度根据 色素敏化太阳能电池100的尺寸适当地决定,没有特别限定,例如可以为5010000m的 范围。 0062 作为构成透明导电层12的材料,例如可举出锡掺杂氧化铟(ITO)、氧化锡(SnO 2 )、 氟掺杂氧化锡(FTO)等导电性金属氧化物。透明导电层12可以为单层也可以由不同的导 电性金属氧化物所构成的多层的层叠体构成。透明导电层12由单层构成时,从具有高耐热 性和耐试剂性的角度考虑,透明导电层12优选由FTO构成。透明导电层12的厚度例如可 以为0.012m的范围。 。

34、0063 多孔氧化物半导体层13由氧化物半导体粒子构成。作为氧化物半导体粒子,例如 可举出氧化钛(TiO 2 )、氧化锌(ZnO)、氧化钨(WO 5 )、氧化铌(Nb 2 O 5 )、钛酸锶(SrTiO 5 )、氧化锡 (SnO 2 )、氧化铟(In 2 O 3 )、氧化锆(ZrO 2 )、氧化铊(Ta 2 O 5 )、氧化镧(La 2 O 3 )、氧化钇(Y 2 O 3 )、氧化 钬(Ho 2 O 3 )、氧化铋(Bi 2 O 3 )、氧化铈(CeO 2 )、氧化铝(Al 2 O 3 )或由它们中的2种以上构成的氧 化物半导体粒子。从被色素覆盖的氧化物半导体的表面积变大,能够生成更多电子的角。

35、度 考虑,这些氧化物半导体粒子的平均粒径优选为11000nm。多孔氧化物半导体层13的厚 度例如可以为0.550m。应予说明,多孔氧化物半导体层13也可以由不同材料所构成 的多个半导体层的层叠体构成。 0064 (光敏化色素) 0065 作为光敏化色素,例如可举出具有含有联吡啶结构、三联吡啶结构等的配位体的 钌配合物,卟啉、曙红、罗丹明、花青等有机色素。 说 明 书CN 104246940 A 7/17页 10 0066 (对电极) 0067 如上所述,对电极20由对电极基板21和在对电极基板21中的电解质30侧的面 设置的催化剂层22构成。 0068 对电极基板21例如由钛、镍、铂、钼、钨、。

36、SUS等耐腐蚀性的金属材料构成,或者 由在上述透明基板11形成ITO、FTO等导电性氧化物所构成的膜的材料构成。对电极基 板21的厚度根据色素敏化太阳能电池100的尺寸适当地决定,没有特别限定,例如可以为 0.0050.1mm。 0069 催化剂层22由铂、碳系材料或导电性高分子等构成。这里,作为碳系材料,可举出 炭黑、科琴黑、碳纳米管,其中,特别优选使用碳纳米管。 0070 对电极20可以具有挠性也可以不具有挠性,但优选具有挠性。此时,即使单元空 间的内压增高,由于单元空间能够膨胀,所以能够减小对电极20与密封部40的界面所承受 的应力。因此,能够使色素敏化太阳能电池100的耐久性更优异。 。

37、0071 应予说明,在本说明书中,“具有挠性的”电极是指在20的环境下以1N的张力水 平固定50mm200mm的片状电极的长边侧的两边缘部(宽度分别为5mm),对电极的中央施 加20g重的载荷时的电极弯曲的最大变形率超过20的电极。这里,最大变形率是指基于 下述式算出的值。 0072 最大变形率()100(最大位移量/片状电极的厚度) 0073 因此,例如厚度0.04mm的片状电极通过像上述那样承受载荷而弯曲,最大位移量 达到0.01mm时,最大变形率为25,该片状电极“具有挠性”。 0074 (电解质) 0075 电解质30例如含有I - /I 3 - 等氧化还原电偶和有机溶剂。作为有机溶剂。

38、,可使用乙 腈、甲氧基乙腈、甲氧基丙腈、丙腈、碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸二乙酯、-丁内酯、正戊 腈、新戊腈、戊二腈、甲基丙烯腈、异丁腈、苯基乙腈、丙烯腈、琥珀腈、乙二腈、戊腈、己二腈 等。作为氧化还原电偶,例如除I - /I 3 - 之外,还可举出溴/溴化物离子、锌配合物、铁配合物、 钴配合物等氧化还原电偶。另外,电解质30可以使用离子液体来代替有机溶剂。作为离 子液体,例如可使用吡啶盐、咪唑盐、三唑盐等已知的碘盐且在室温左右处于熔融 状态的常温熔融盐。作为这样的常温熔融盐,例如优选使用1-己基-3-甲基碘化咪唑 1-乙基-3-丙基碘化咪唑二甲基碘化咪唑乙基甲基碘化咪唑二甲基丙基碘化 咪唑丁。

39、基甲基碘化咪唑或甲基丙基碘化咪唑 0076 另外,电解质30可使用上述离子液体与上述有机溶剂的混合物来代替上述有机 溶剂。 0077 另外,在电解质30中可添加添加剂。作为添加剂,可举出LiI、I 2 、4-叔丁基吡啶、 硫氰酸胍、1-甲基苯并咪唑、1-丁基苯并咪唑等。 0078 此外,作为电解质30,可使用在上述电解质中混炼SiO 2 、TiO 2 、碳纳米管等纳米粒 子而成为凝胶状的准固态电解质,即纳米复合凝胶电解质,另外,也可使用利用聚偏氟乙 烯、聚环氧乙烷衍生物、氨基酸衍生物等有机系凝胶化剂进行凝胶化而成的电解质。 0079 (密封部) 0080 如上所述,密封部40由无机密封部41和。

40、树脂密封部42构成。 说 明 书CN 104246940 A 10 8/17页 11 0081 如上所述,无机密封部41由主体部41a和突起部41b构成。 0082 在本实施方式中,主体部41a由集电配线43和配线保护部44构成。集电配线43 由具有比透明导电层12低的电阻的材料构成即可,例如由银等构成。 0083 配线保护部44由能够保护集电配线43不受电解质30影响的材料构成即可,例 如由非铅系的透明低熔点玻璃料等无机绝缘材料构成。作为低熔点玻璃料,可使用具有 150550的软化点的玻璃料。 0084 突起部41b优选具有比粘接部42a的熔点(T1)高的熔点(T2)。此时,只要(T2-T1。

41、) 大于0就没有特别限定,但优选为50700,更优选为300500。 0085 突起部41b例如由非铅系的透明的低熔点玻璃料等无机绝缘材料构成。 0086 从主体部41a起的突起部41b的高度(参照图4B)H没有特别限制,通常为20 300m。 0087 从主体部41a起的突起部41b的高度H优选为20100m。此时,即使将色素敏 化太阳能电池100放置在高温环境下而树脂密封部42中含有的粘接部42a变软,也能够将 粘接部42a的厚度保持在最低限度20100m。因此,与突起部41b的高度H低于20m 的情况相比,能够更充分地确保粘接部42a对对电极20的粘接性。另外,与突起部41b的 高度H高。

42、于100m的情况相比,由于工作电极10与对电极20之间的间隔变得更窄狭,所 以能够实现色素敏化太阳能电池100的轻薄化,并且得到更高的发电效率。 0088 从主体部41a起的突起部41b的高度H更优选为4080m。 0089 突起部41b的宽度优选为101000m,更优选为50500m。如果突起部41b 的宽度在上述范围内,则与脱离上述范围的情况相比,能够充分确保突起部41b与对电极 20之间的粘接部42a的宽度,并且能够进一步充分发挥突起部41b作为隔离件的作用,还能 够进一步增大色素敏化太阳能电池100的发电面积。这里,突起部41b的宽度是指从与导 电性基板14的表面正交的方向看突起部41。

43、b时的突起部41b的最大宽度。 0090 树脂密封部42由树脂材料构成。作为树脂材料,例如可举出离聚物、含有乙烯-乙 烯基乙酸酐共聚物、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-乙烯基醇共聚物等的各种改性聚烯烃 树脂,紫外线固化树脂和乙烯基醇聚合物等。 0091 (热固化树脂) 0092 热固化树脂45只要能够覆盖突起部41b和配线保护部44并保护其不受电解质30 影响即可,作为热固化树脂45的具体例,例如可举出聚酰亚胺树脂、丙烯酸树脂、聚酯树脂 和环氧树脂等。 0093 接下来,参照图39对色素敏化太阳能电池100的制造方法进行说明。 0094 图39是表示制造色素敏化太阳能电池100的一系列工序的截面。

44、图。 0095 第1电极准备工序 0096 首先,如下准备工作电极10(参照图3)。 0097 首先,通过在透明基板11上形成1片连续的透明导电层12而制成透明的导电性 基板14。作为透明导电层12的形成方法,可使用溅射法、蒸镀法、喷雾热分解法(SPD)或 CVD法等。 0098 接下来,在导电性基板14中的透明导电层12表面的要形成多孔氧化物半导体层 13的预定的区域印刷多孔氧化物半导体层形成用糊剂。多孔氧化物半导体层形成用糊剂除 说 明 书CN 104246940 A 11 9/17页 12 了含有已叙述的氧化物半导体粒子之外,还含有聚乙二醇等树脂和萜品醇等溶剂。作为多 孔氧化物半导体层形。

45、成用糊剂的印刷方法,例如可使用丝网印刷法、刮刀法、棒涂法等。 0099 接下来,将多孔氧化物半导体层形成用糊剂煅烧,形成多孔氧化物半导体层13,得 到工作电极10。 0100 煅烧温度根据氧化物半导体粒子而不同,通常为350600,煅烧时间也根据氧 化物半导体粒子而不同,通常为15小时。 0101 无机密封部形成工序 0102 接下来,如图4A所示,以包围多孔氧化物半导体层13的方式形成连续状且环状的 主体部41a。主体部41a可通过如下方式得到,即,以包围多孔氧化物半导体层13的方式形 成集电配线43,接着以覆盖集电配线43的方式形成配线保护部44。 0103 集电配线43例如可通过如下方式。

46、得到,即,配合金属粒子和聚乙二醇等增粘剂, 制成糊剂,使用丝网印刷法等将该糊剂以包围多孔氧化物半导体层13的方式制成涂膜,进 行加热、煅烧。配线保护部44例如可通过如下方式得到,即,利用丝网印刷法等以覆盖集电 配线43整体的方式涂布在低熔点玻璃料等无机绝缘材料中根据需要配合增粘剂、结合剂、 分散剂、溶剂等而成的配线保护层形成用糊剂,进行加热、煅烧。 0104 接下来,如图4B所示,在主体部41a上形成连续状且环状的突起部41b。此时,突 起部41b形成于主体部41a的与导电性基板14相反的一侧的面S 3 中的靠近多孔氧化物半 导体层13的位置。突起部41b例如可通过如下方式得到,即,利用丝网印。

47、刷法等将含有低 熔点玻璃料的突起部形成用糊剂涂布于主体部41a的与导电性基板14相反的一侧的面S 3 中的靠近多孔氧化物半导体层13的位置,进行加热、煅烧。应予说明,作为突起部形成用糊 剂,例如可使用与上述配线保护层形成用糊剂相同的糊剂。 0105 接下来,用热固化树脂45被覆环状突起部41b的内周面。热固化树脂45例如可 使用丝网印刷法、喷涂等形成(参照图2)。 0106 色素担载工序 0107 接下来,在工作电极10的多孔氧化物半导体层13上担载光敏化色素。为此,可以 将工作电极10浸渍于含有光敏化色素的溶液中,使光敏化色素吸附于多孔氧化物半导体 层13,或者将含有光敏化色素的溶液涂布于多。

48、孔氧化物半导体层13后,使其干燥,由此使 光敏化色素吸附于多孔氧化物半导体层13。 0108 对置基板准备工序 0109 另一方面,如下准备作为对置基板的对电极20。 0110 即,首先,如图5所示,准备对电极基板21。然后,在对电极基板21上形成催化剂 层22。作为催化剂层22的形成方法,可使用溅射法、蒸镀法等。其中,从膜的均匀性的角度 考虑,优选溅射法。 0111 第1密封材料固定工序 0112 接下来,如图6所示,在固定于工作电极10的无机密封部41上固定连续状且环状 的第1密封材料42A。第1密封材料42A例如可通过加热热塑性树脂使其熔融并粘接于无 机密封部41而固定于无机密封部41上。具体而言,第1密封材料42A通过如下方式固定 于无机密封部41,即,以覆盖导电性基板14的表面中的位于比主体部41a靠近外侧的区域 S 5 和主体部41a中的相对于突起部41b位于与电解质30相反的一侧的表面S 3 、S 4 的整体, 说 明 书CN 104246940 A 12 10/17页 13 并且也覆盖沿突起部41b的延伸方向的外周面S 2 的方式配置第1密封材料42A后,通过加 热使其熔融而粘接于无机密封部41。此时,第1密封材料42A的熔点优选小于突起部41b 的熔点(T2)。 0113 第2密封材料固定工序 0114 接下来,如图7所示,在对电极20中的催化剂层22表面。

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