[发明专利]金属氧化物电极及其制造方法以及色素增感型太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及色素增感型太阳能电池用金属氧化物电极和色素增感型太阳能电池以及金属氧化物电极的制造方法。

背景技术

已经由Gratzel等做出了一份报告，该报告的要点是：通过使用多孔氧化钛电极，从而获得了具有能够与非晶硅太阳能电池相匹敌的性能的色素增感型太阳能电池(参照J.Am.Chem.Soc.115(1993)6382)。另外，近期，无论是国内外，在各种各样的研究机够中都广泛进行着色素增感型太阳能电池的应用开发研究。例如，除了上述的氧化钛之外，已报道了：氧化铌、氧化锌、氧化锡以及氧化铟等的金属氧化物以及它们的混合体系等的各种各样的金属氧化物也能够发挥光电转换功能。

作为上述金属氧化物电极的制造方法，一般使用将金属氧化物的微颗粒的胶体溶液或者浆液等的涂布液涂布于导电性基板的表面并加以成膜的方法。

为了使金属氧化物电极充分发挥其功能，金属氧化物颗粒彼此之间的牢固结合以及金属氧化物微颗粒与导电性基板表面的牢固结合将变得非常重要。为了达到这些目的，已知现有技术中有如下方法：调制添加了适量的聚乙二醇等的有机粘结剂成分的涂布液，并将该涂布液涂布到基板上，之后，以400℃以上的高温进行烧成，从而进行成膜。然而，使用如此的必须进行高温烧成处理的方法会发生基板的损伤，所以事实上不能够使用含有树脂材料的基板，因而其结果存在着所获得的电极的用途受到限制的问题。另外，因为所施加的能量较大，所以也会有环境负荷大的问题。

鉴于这样的问题，在专利文献1中，作为代替高温烧成的处理方法，提出了以下各种处理方法：(i)照射400nm以下的紫外光，(ii)以大于等于50℃小于350℃进行加热，(iii)照射微波等。另外，在专利文献2中提出了一种方法：将含有金属氧化物半导体微颗粒和粘结剂树脂的分散液涂布到透明导电层上，进行150℃左右的低温烧成，之后，对所述粘结剂树脂进行脱脂，从而形成金属氧化物半导体多孔层。然而，在这些方法中，作为必须成分而被配合于涂布液中的有机粘结剂成分会残留于金属氧化物层中，所以存在着难以实现良好的电池特性的问题。

另一方面，在专利文献3到5中提出了以150℃以下程度的低温处理也能够实现高电池特性的金属氧化物层的制作方法。具体是，采用不将有机粘结剂成分配合于金属氧化物微颗粒的胶体溶液或者浆料中的构成方式。然而，在这些方法中，金属氧化物颗粒彼此之间以及金属氧化物微颗粒与导电性基板表面之间的结合性还不够充分，所以在高温高湿试验和温度循环试验等的耐久性(长期可靠性)试验中，存在着金属氧化物层发生破损或金属氧化物层从导电性基板表面上剥离等的问题。

现有技术文献：

专利文献：

专利文献1：日本特开2001-357896号公报

专利文献2：日本特开2007-103310号公报

专利文献3：日本特开2004-119129号公报

专利文献4：日本特开2005-222838号公报

专利文献5：日本特开2005-251591号公报

发明内容

本发明是鉴于上述情况而做出的，其目的在于，提供一种金属氧化物层的机械强度(膜强度、密合强度)优异并且不会过度损害电池特性而能够使耐久性(长期可靠性)提高的色素增感型太阳能电池用金属氧化物电极、电池特性以及耐久性(长期可靠性)优异的色素增感型太阳能电池、以及能够再现性良好地简易而且以低成本来稳定制造上述那样的金属氧化物电极的制造方法。

本发明人经过反复悉心研究，结果发现：通过代替上述现有的有机粘结剂成分而使用磷酸类表面活性剂，可以解决上述问题，以至于完成了本发明。

即，本发明的色素增感型太阳能电池用金属氧化物电极具有基体和设置于该基体上的金属氧化物层，所述金属氧化物层含有金属氧化物和磷酸类表面活性剂。

本发明人在测定了上述色素增感型太阳能电池用金属氧化物电极的特性之后，判明了其金属氧化物层与现有技术的金属氧化物层相比较，机械强度(膜强度以及密合强度)有了飞跃性的提高；并且也判明了使用该金属氧化物层而制得的色素增感型太阳能电池其耐久性(长期可靠性)有了显著的提高；在此基础上进一步判明了：就连在配合有机粘结剂成分的情况下不可避免地带来的电池特性的降低也被明显抑制。取得这样的效果的详细作用机理还没有被明确，但是例如作如下推定。