[发明专利]光电转换装置

说明书

技术领域

本发明涉及光电转换装置。

背景技术

近年来，环境保护的意识已经提高，并且光伏发电的重要性也已显著地升高。染料敏化太阳能电池(DSSC)具有这样的配置，其中透明导电层和由其上吸附有光敏染料的氧化物半导体构成的氧化物半导体层，相继地形成在透明基底部件(第一衬底)，氧化物半导体层被用作工作电极(工作电极或窗口电极)，并且氧化-还原电解质层被布置在氧化物半导体层和形成在对向基底部件(第二衬底)上的对电极之间。在这样的染料敏化太阳能电池中，太阳光在染料中激发的电子被注入到氧化物半导体层，并且电流通过包含负载的外电路从透明导电层流向对电极，从而获得电池功能。

与硅太阳能电池相比，染料敏化太阳能电池(DSSC)在以下方面是有利的，即制造DSSC需要的原材料在资源方面的限制更少，并且DSSC可用印刷系统或流水生产系统来制造，不需要真空系统，因此，制造成本和设备成本低。

作为染料敏化太阳能电池，已经提出了各种结构的该类电池。例如，从日本专利公开No.2005-142089(0056-0057段，图1)、日本专利公开No.2006-92854(0022-0025段，图1)、日本专利公开No.2007-280906(0033-0037段，图1)以及日本专利公开No.2009-277624(0015-0017和0042段，图1和图3)可得知具有如下结构的染料敏化太阳能电池，其中在其上设置有ITO(铟掺杂锡氧化物)、FTO(氟掺杂锡氧化物)等透明导电层的透明衬底上，形成由其上吸附有光敏染料的半导体氧化物(例如钛氧化物)的氧化物半导体层以及其上设置有保护层的集电体(集电配线层)，并且在氧化物半导体层和与之相对的对电极之间，布置氧化-还原电解质层。

另外，从日本专利公开No.2005-346971(0006-0019段，图1)以及日本专利公开No.2009-9866(0015-0020段，图1)可得知具有如下结构的染料敏化太阳能电池，其中减少了氧化物半导体层和对电极。

同时，在染料敏化太阳能电池中的氧化物半导体层作为光电转换装置，通常被设置成覆盖形成在诸如玻璃衬底等透明衬底上的透明导电层。然而，由于透明导电层要求具有透明性，因此对电阻的降低强加了某些限制。因此，当染料敏化太阳能电池的面积增大时，在氧化物半导体层中通过光电转换产生的电子的有效收集变得更加难以实现。如上所述，已经采用了这样的方法作为这个问题的对策，即通过在透明导电层上设置集电体(集电配线层)来降低电阻。

发明内容

为了减小由透明导电层导致的电阻损耗从而降低电阻，只要增大集电体的宽度或者增大集电体的高度(厚度)就足够了。然而，如果增大了集电体的宽度，氧化物半导体层的面积将会减小，并且每单位面积的转换效率将会降低。另一方面，如果增大集电体的高度，氧化物半导体层和对电极之间的距离，或者电解质层的厚度将会增加。这将导致离子的转换速度降低，并且转换效率会由于电解质层导致的电阻损耗而降低。

虽然在如上所述的日本专利公开No.2005-346971以及No.2009-9866中公开了具有如下结构的染料敏化太阳能电池，其中减小了氧化物半导体层和对电极之间的距离，但是该染料敏化太阳能电池结构复杂。

因此，需要结构简单并且表现出增大的转换效率的光电转换装置。

在关于本发明的光电转换装置的实施例中，集电体的尖端部分向上面未设置有催化剂层的第二基底部件的那部分延伸，或者尖端部分延伸到在催化剂层中形成的凹槽中。因此，虽然是简单的结构，但可增加集电体的高度(厚度)，并且结果可提高电流收集效率。而且，可缩短氧化物半导体层和催化剂层之间的距离，以使得即使在使用具有高电阻的电解质溶液形成电解质层的情况下，也可提高转换效率。在某些情况下，氧化物半导体层和催化剂层之间的距离可以在5微米到40微米之间，或者在约5微米到约20微米之间，或者在9微米到约16微米之间。

此外，集电体在使得由透明导电层导致的电阻损耗最小的条件下布置，从而可提高转换效率。此外，在利用电解质溶液形成电解质层的情况下，电解质溶液可沿着集电体的尖端，迅速地注入到氧化物半导体层和催化剂层之间的间隙中。

在一些实施例中，光电转换元件被设置为包括具有至少第一部分和第二部分的催化剂层。催化剂层的第一部分与催化剂层的第二部分间隔开。光电转换元件包括集电体，集电体具有向催化剂层的第一部分和第二部分之间的空间延伸或者延伸到该空间内的尖端部分。