染料敏化太陽能電池及其製造方法

2023-06-04 04:05:46

專利名稱：染料敏化太陽能電池及其製造方法
技術領域：
本發明涉及染料敏化太陽能電池及其製造方法，具體地涉及一種適合安裝在公共 場所的染料敏化太陽能電池及其製造方法。
背景技術：
由於太陽能電池是利用太陽光作為能源，將太陽光轉換成電能的光電變換裝置， 因此，對地球環境的影響極小，期望更進一步地推廣太陽能電池。對於太陽能電池，主要為採用單晶矽或多晶矽的晶體矽太陽能電池，以及非晶矽 太陽能電池。另一方面，於1991年由GAtzel等人提出的染料敏化太陽能電池引起了人們的注 意，原因在於染料敏化太陽能電池能夠取得高光電轉換效率，並且，與已知的矽太陽能電池 不同，製造時無需大型裝置，因此能夠低成本地製造(例如，參考非專利文獻1)。染料敏化太陽能電池通常具有如下的結構，即，染料敏化多孔半導體層被布置成 與對置電極相對，其中，所述染料敏化多孔半導體層通過使由氧化鈦等構成且在透明導電 基板上形成的多孔半導體層保持敏化染料而獲得，所述對置電極通過在基板上形成鉬層等 獲得；染料敏化太陽能電池的外周部由密封劑密封；並且在電極之間的空間內填充有包含 例如碘或碘化物離子等氧化還原類電解質。引文目錄非專利文獻NPL 1 =Nature, 353，p. 737 (1991)

發明內容
當染料敏化太陽能電池被安裝到公共場所時，相信使觀察者感覺舒適的設計性能 優良的染料敏化太陽能電池是優選的。但是，據本發明的發明者所知，還沒有人從此觀點出發提出應該使染料敏化太陽 能電池具有設計性能。因此，本發明的目的在於提供一種能夠實現高光電轉換效率，低成本地製造，並具 有優良設計性能的染料敏化太陽能電池及其製造方法。為了解決上述問題，本發明的第一方面提供一種染料敏化太陽能電池，所述染料 敏化太陽能電池包括透明導電基板；單個或多個多孔氧化鈦層，其形成在所述透明導電 基板上，由氧化鈦微粒構成，並保持敏化染料；對置電極，其被形成為與所述多孔氧化鈦層 相對；以及電解質層，其形成在所述多孔氧化鈦層和所述對置電極之間，其中，所述多孔氧 化鈦層被形成為，通過選擇所述敏化染料的種類、厚度、堆疊結構、所述氧化鈦微粒的顆粒 尺寸來產生所需顏色，或者，如果所述氧化鈦微粒由具有不同顆粒尺寸的至少兩種氧化鈦 微粒構成，則通過選擇所述至少兩種氧化鈦微粒的組合比例來產生所需顏色。本發明的第二方面提供一種染料敏化太陽能電池的製造方法，所述方法包括如下步驟單次或多次地按相同圖案或不同圖案將分散有氧化鈦微粒的漿料絲網印刷到透明導 電基板上的步驟；通過煅燒所述漿料形成單個或多個多孔氧化鈦層的步驟；使所述多孔氧 化鈦層保持敏化染料的步驟；形成與所述多孔氧化鈦層相對的對置電極的步驟；以及在所 述多孔氧化鈦層和所述對置電極之間形成電解質層的步驟，其中，所述多孔氧化鈦層被形 成為，通過選擇所述敏化染料的種類、厚度、堆疊結構、所述氧化鈦微粒的顆粒尺寸來產生 所需顏色，或者，如果所述氧化鈦微粒由具有不同顆粒尺寸的至少兩種氧化鈦微粒構成，則 通過選擇所述至少兩種氧化鈦微粒的組合比例來產生所需顏色。在本發明的第一方面和第二方面中，多孔氧化鈦層可以被選擇性地形成為，通過 選擇敏化染料的種類、厚度、堆疊結構、氧化鈦微粒的顆粒尺寸來產生所需顏色並形成所需 圖案，或者，如果氧化鈦微粒由具有不同顆粒尺寸的至少兩種氧化鈦微粒構成，則通過選擇 所述至少兩種氧化鈦微粒的組合比例來產生所需顏色並形成所需圖案。本發明的第三方面提供一種染料敏化太陽能電池，所述染料敏化太陽能電池包 括透明導電基板；單個或多個多孔半導體氧化物層，其形成在所述透明導電基板上，由半 導體氧化物微粒構成，並保持敏化染料；對置電極，其被形成為與所述多孔半導體氧化物層 相對；以及電解質層，其形成在所述多孔半導體氧化物層和所述對置電極之間，其中，所述 多孔半導體氧化物層被形成為，通過選擇所述敏化染料的種類、厚度、堆疊結構、所述半導 體氧化物微粒的顆粒尺寸來產生所需顏色，或者，如果所述半導體氧化物微粒由具有不同 顆粒尺寸的至少兩種半導體氧化物微粒構成，則通過選擇所述至少兩種半導體氧化物微粒 的組合比例來產生所需顏色。本發明的第四方面提供一種染料敏化太陽能電池的製造方法，所述方法包括如下 步驟單次或多次地按相同圖案或不同圖案將分散有半導體氧化物微粒的漿料絲網印刷到 透明導電基板上的步驟；通過煅燒所述漿料形成單個或多個多孔半導體氧化物層的步驟； 使所述多孔半導體氧化物層保持敏化染料的步驟；形成與所述多孔半導體氧化物層相對的 對置電極的步驟；以及在所述多孔半導體氧化物層和所述對置電極之間形成電解質層的步 驟，其中，所述多孔半導體氧化物層被形成為，通過選擇所述敏化染料的種類、厚度、堆疊結 構、所述半導體氧化物微粒的顆粒尺寸來產生所需顏色，或者，如果所述半導體氧化物微粒 由具有不同顆粒尺寸的至少兩種半導體氧化物微粒構成，則通過選擇所述至少兩種半導體 氧化物微粒的組合比例來產生所需顏色。在本發明的第三方面和第四方面中，多孔半導體氧化物層被選擇性地形成為，通 過選擇敏化染料的種類、厚度、堆疊結構、半導體氧化物微粒的顆粒尺寸來產生所需顏色並 形成所需圖案，或者，如果半導體氧化物微粒由具有不同顆粒尺寸的至少兩種半導體氧化 物微粒構成，則通過選擇所述至少兩種半導體氧化物微粒的組合比例來產生所需顏色並形 成所需圖案。構成多孔半導體氧化物層的半導體氧化物微粒的材料示例包括氧化鈦(TiO2)、氧 化鋅(ZnO)、氧化鎢(WO3)、氧化鈮(Nb2O5)、鈦酸鍶(TiSrO3)和氧化錫(SnO2)。在這些材料 中，優選銳鈦型氧化鈦。半導體氧化物微粒的種類不限於這些，並可以以組合的方式使用這 些材料。此外，半導體氧化物微粒可選擇性地具有例如顆粒形狀、管狀、棒狀等各種形式。通常，半導體氧化物微粒的平均初級顆粒(primary particle)的尺寸優選為1 200nm，更優選為5 lOOnm。此外，可以在具有上述平均顆粒尺寸的半導體氧化物微粒中添
7加平均顆粒尺寸大於上述平均顆粒尺寸的半導體氧化物微粒，從而利用具有較大平均顆粒 尺寸的半導體氧化物微粒散射入射光，以提高量子產率。在這種情況下，添加的半導體氧化 物微粒的平均顆粒尺寸優選為20 500nm。在具有這樣結構的本發明的染料敏化太陽能電池中，通過選擇氧化鈦微粒或半導 體氧化物微粒所保持的敏化染料的種類、多孔氧化鈦層或多孔半導體氧化物層的厚度、堆 疊結構、氧化鈦微粒或半導體氧化物微粒的顆粒尺寸，或者，如果所述氧化鈦微粒或半導體 氧化物微粒由具有不同顆粒尺寸的至少兩種氧化鈦微粒或半導體氧化物微粒構成時，通過 選擇所述至少兩種氧化鈦微粒或半導體氧化物微粒的組合比例，多孔氧化鈦層或多孔半導 體氧化物層可以產生所需顏色。此外，根據需要，可以使用多孔氧化鈦層或多孔半導體氧化物層的圖形和布置形 成所需圖案。換句話說，在本發明中，可以利用多孔氧化鈦層或多孔半導體氧化物層來顯示 所需色彩設計。根據本發明，可以提供一種除了可以獲得公知的染料敏化太陽能電池已具備的高 光電轉換效率和低製造成本的優點外，還能夠實現具有通過顯示所需顏色或所需色彩設計 獲得的優良設計性能的染料敏化太陽能電池。


圖1為本發明第一實施例的染料敏化太陽能電池的截面圖。圖2為本發明第一實施例的染料敏化太陽能電池的俯視圖。圖3為當從將要形成染料敏化多孔氧化鈦層的透明導電基板的透明導電層側看 染料敏化太陽能電池時，本發明第一實施例的染料敏化太陽能電池的俯視圖。圖4為當從將要形成對置電極的透明導電基板的透明導電層側看染料敏化太陽 能電池時，本發明第一實施例的染料敏化太陽能電池的俯視圖。圖5為描述本發明第一實施例的染料敏化太陽能電池的製造方法的截面圖。圖6為描述用於控制通過使用在本發明第一實施例的染料敏化太陽能電池中包 含的染料保持多孔氧化鈦層產生的顏色的方法的示意線性圖。圖7為描述用於控制通過使用在本發明第一實施例的染料敏化太陽能電池中包 含的染料保持多孔氧化鈦層產生的顏色的方法的示意線性圖。圖8為描述用於控制通過使用在本發明第一實施例的染料敏化太陽能電池中包 含的染料保持多孔氧化鈦層產生的顏色的方法的示意線性圖。圖9為描述用於控制通過使用在本發明第一實施例的染料敏化太陽能電池中包 含的染料保持多孔氧化鈦層產生的顏色的方法的示意線性圖。圖10為描述用於控制通過使用在本發明第一實施例的染料敏化太陽能電池中包 含的染料保持多孔氧化鈦層產生的顏色的方法的示意線性圖。圖11為描述用於控制通過使用在本發明第一實施例的染料敏化太陽能電池中包 含的染料保持多孔氧化鈦層產生的顏色的方法的示意線性圖。圖12為描述用於控制通過使用在本發明第一實施例的染料敏化太陽能電池中包 含的染料保持多孔氧化鈦層產生的顏色的方法的示意線性圖。圖13為描述用於控制通過使用在本發明第一實施例的染料敏化太陽能電池中包含的染料保持多孔氧化鈦層產生的顏色的方法的示意線性圖。圖14為描述用於控制通過使用在本發明第一實施例的染料敏化太陽能電池中包 含的染料保持多孔氧化鈦層產生的顏色的方法的示意線性圖。圖15為描述用於控制通過使用在本發明第一實施例的染料敏化太陽能電池中包 含的染料保持多孔氧化鈦層產生的顏色的方法的示意線性圖。圖16為描述用於控制通過使用在本發明第一實施例的染料敏化太陽能電池中包 含的染料保持多孔氧化鈦層產生的顏色的方法的示意線性圖。圖17為描述用於控制通過使用在本發明第一實施例的染料敏化太陽能電池中包 含的染料保持多孔氧化鈦層產生的顏色的方法的示意線性圖。圖18為描述用於控制通過使用在本發明第一實施例的染料敏化太陽能電池中包 含的染料保持多孔氧化鈦層產生的顏色的方法的示意線性圖。圖19為描述用於控制通過使用在本發明第一實施例的染料敏化太陽能電池中包 含的染料保持多孔氧化鈦層產生的顏色的方法的示意線性圖。圖20為描述用於控制通過使用在本發明第一實施例的染料敏化太陽能電池中包 含的染料保持多孔氧化鈦層產生的顏色的方法的示意線性圖。圖21為本發明第三實施例的染料敏化太陽能電池的截面圖。圖22為表示設置在本發明第三實施例的染料敏化太陽能電池中的光接收面上的 光量調節板的結構的截面圖。
具體實施例方式在下文中，對用於實現本發明的最佳方式(以下稱為實施例)進行說明。將按照以下的順序對實施例進行說明。1.第一實施例(染料敏化太陽能電池及其製造方法)2.第二實施例(染料敏化太陽能電池)3.第三實施例(染料敏化太陽能電池)1.第一實施例染料敏化太陽能電池的結構圖1為表示第一實施例的染料敏化太陽能電池的截面圖。圖2為染料敏化太陽能 電池的俯視圖。圖1為沿圖2的X-X線的截面圖。如圖1和圖2所示，在該染料敏化太陽能電池中，在透明導電基板1的透明導電層 Ib上形成有各自具有所需圖案的多個染料保持多孔氧化鈦層，透明導電基板1是通過在透 明基板Ia上形成透明導電層Ib獲得的。通過染料保持多孔氧化鈦層保持的敏化染料的 種類以及染料保持多孔氧化鈦層的數量、形狀和配置，根據染料敏化太陽能電池的光接收 面顯示的顏色或顏色和圖案決定。在此，作為示例，假設形成有四個染料保持多孔氧化鈦層 2a 2d。圖1和圖2所示的染料保持多孔氧化鈦層2a 2d的形狀和布置僅是示意性示 例，並無特定限定。另一方面，在透明導電基板3的透明導電層3b上形成有對置電極4，透 明導電基板3是通過在透明基板3a上形成透明導電層3b獲得的。此外，當形成有染料保持 多孔氧化鈦層2a 2d的透明導電基板1面對形成有對置電極4的透明導電基板3，從而在 染料保持多孔氧化鈦層2a 2d與對置電極4之間形成預定間隔時，透明導電基板1和透明導電基板3在夾在它們之間的區域的外周部彼此粘接並由密封劑5密封。染料保持多孔 氧化鈦層2a 2d與對置電極4之間的間隔，例如為1 100 μ m,典型的為幾十 100 μ m， 優選為1 50 μ m。由對置電極4、密封劑5以及形成有染料保持多孔氧化鈦層2a 2d的 透明導電層Ib圍成的空間填充有電解質層6。在這種情況下，光接收面為透明導電基板1 與形成有染料保持多孔氧化鈦層2a 2d的面相對的表面。透明導電基板1和3具有相同的正方形或矩形的平面形狀。在這種情況下，如圖 1和圖2所示，當與透明導電基板1和3的彼此正交的兩邊平行的方向為χ軸和y軸時，透 明導電基板1和3在χ軸方向上錯開寬度a，在y軸方向上錯開寬度b。例如，當透明導電 基板1和3各自具有正方形的平面形狀時，透明導電基板1和3在一個對角線的方向上彼 此錯開，並滿足a = b。在透明導電基板1和3各自的透明導電層Ib和3b的位於密封劑5 外側的部分上形成有集電層7。該集電層7被用於允許與外部引線連接，或者當染料敏化太 陽能電池彼此連接時使用。圖3表示透明導電基板1的透明導電層Ib側的表面。如圖3所示，透明導電層Ib 被除去了位於透明導電基板1的彼此正交的兩邊的寬度為a和b的細長區域。透明基板Ia 在該區域中露出。此外，密封劑5的沿透明導電基板1兩邊的部分與透明基板Ia上的露出 的區域粘接(參照圖1)。圖4表示透明導電基板3的透明導電層3b側的表面。如圖4所 示，透明導電層3b被除去了位於透明導電基板3的彼此正交的兩邊的寬度為a和b的細長 區域。透明基板3a在該區域中露出。此外，密封劑5的沿透明導電基板3兩邊的部分與透 明基板3a上露出的區域粘接(參照圖1)。雖然未在圖4中示出，但對置電極4也具有與透 明導電層3b相同的平面形狀(參照圖1)。在透明導電基板3的一個角部上形成有填充孔 8，該填充孔8用於注入電解質層6且最終將被堵住。透明導電基板1的透明基板Ia和透明導電基板3的透明基板3a的材料沒有特別 限定，可以採用各種透明材料。優選地，透明基板Ia和3a具有對從染料敏化太陽能電池外 部侵入的水和氣體的阻隔性、耐溶劑性、耐候性等特性。透明基板Ia和3a的示例包括例如 由石英、藍寶石或玻璃等材料構成的透明無機基板，以及例如由聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚 萘二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯硫醚、聚偏氟乙烯、四乙醯纖 維素、苯氧基溴化物、芳族聚醯胺、聚醯亞胺、聚苯乙烯、聚芳酯、聚碸或聚烯烴等材料構成 的透明塑料基板。在這些基板中，特別是在可見光區域具有高的透射性的基板是優選的，但 透明基板Ia和3a不限於這樣的基板。透明基板Ia和3a的厚度不特別限定，可以根據光 的透射性以及對從染料敏化太陽能電池的外部到內部的阻隔特性等自由地確定。優選地，透明導電基板1和3的表面電阻(方塊電阻)儘可能地低。具體地，透明導 電基板1和3的表面電阻優選為500 Ω /sq以下，更優選為100 Ω /sq。可以採用公知的材料 作為透明導電基板1的透明導電層Ib以及透明導電基板3的透明導電層3b的材料。透明 導電層Ib和3b的材料示例包括銦錫氧化物(ITO)、摻氟氧化錫(FTO)、摻銻氧化錫(ATO)、 氧化錫(SnO2)、氧化鋅(ZnO)以及銦鋅氧化物(IZO)。然而，透明導電層Ib和3b的材料不 限於這些，並可以以組合的方式使用上述材料。染料保持多孔氧化鈦層2a 2d的敏化染料沒有特別限定，只要具有敏化作用。優 選地，敏化染料具有吸附到多孔氧化鈦層的酸性官能團。具體地，敏化染料優選具有羧基或 磷酸基等，並特別優選具有羧基。敏化染料的示例包括諸如羅丹明B、玫瑰紅、曙紅以及紅黴素等咕噸染料；諸如布花青、醌花青(quinocyanine)以及隱花青等花青染料；諸如酚藏花 紅、卡布裡藍(Cabri blue)、6_巰基嘌呤核苷(thiocine)以及亞甲基藍等鹼性染料；諸如 葉綠素、鋅卟啉、鎂卟啉等卟啉化合物；偶氮染料；酞菁類化合物；香豆素類化合物；聯吡啶 絡合物；蒽醌類染料；以及多環醌類染料。在上述染料中，優選配位體包括吡啶環或咪唑環 的金屬絡合染料，原因在於具有高的量子產率，其中，金屬為從由釕Ru、鋨Os、銥Ir、鉬Pt、 鈷Co、鐵Fe以及銅Cu構成的組中選擇的至少一種金屬。特別地，優選具有順-二(異硫 氰酸酯)-N，N-二(2，2'-聯吡啶_4，4' - 二羧酸)_釕(II)或者三(異硫氰酸酯)_釕 (Π)-2，2' 6'，2〃 -三聯吡啶_4，4'，4〃 -三羧酸作為基本骨架的染料分子，原因在於 寬的吸收波長範圍。但敏化染料不限於上述染料。典型地，可以使用上述敏化染料中的一 種，但也可以以組合的形式使用上述敏化染料。將敏化染料吸附到多孔氧化鈦層的方法沒有特別限定。例如，可以將上述敏化染 料溶解到例如醇、腈、硝基甲烷、滷代烴、醚、二甲基亞碸、醯胺、N-甲基吡咯烷酮、1，3_ 二甲 基咪唑啉酮、3-甲基噁唑烷酮、酯、碳酸酯、酮、烴、水等溶劑中，並且可以將多孔氧化鈦層浸 入到製得的染料溶液中。可替代地，可以將製得的染料溶液塗敷到多孔氧化鈦層上。此外， 可以添加脫氧膽酸等以抑制敏化染料分子之間的結合。此外，可以選擇性地添加紫外線吸 收劑。在吸附敏化染料後，可利用胺對多孔氧化鈦層的表面進行處理，從而有助於去除 過多吸附的敏化染料。胺的示例包括吡啶、4-叔丁基吡啶以及聚乙烯吡啶等。當胺為液體 狀態時，可直接使用胺或將胺溶解在有機溶劑中後使用。對於對置電極4，可以採用任意導電材料。只要在對置電極4的與染料保持多孔氧 化鈦層2a 2d相對的表面上形成有導電催化劑層，甚至也可以使用絕緣材料。優選採用電 化學穩定材料構成對置電極4，例如鉬、金、碳或導電聚合物。此外，為了提高氧化還原的催 化效果，對置電極4的與染料保持多孔氧化鈦層2a 2d相對的表面優選具有微觀結構以 增大表面積。例如，期望採用鉬黑(platinum black)狀態的鉬或多孔狀態的碳。鉬黑狀態 可通過例如鉬的陽極氧化法或鉬化合物的還原處理等獲得。多孔狀態的碳可通過燒結碳微 粒或煅燒有機聚合物獲得。可替代地，具有透明性的對置電極4可通過如下方式形成，即， 在透明導電基板3上設置例如由鉬等具有高的氧化還原催化效果的金屬構成的布線，或者 用鉬化合物對表面進行還原處理。對密封劑5的材料沒有特殊限定，優選使用具有耐光性、絕緣性以及防水性的材 料。密封劑5的材料的示例包括環氧樹脂、紫外線固化樹脂、丙烯酸樹脂、聚異丁烯樹脂、 EVA(乙烯-醋酸乙烯酯)、離聚物樹脂、陶瓷以及各種熱封膜。可採用公知的電解質層作為電解質層6。構成電解質層6的材料的示例包括碘 (I2)與金屬碘化物或有機碘化物的組合以及溴(Br2)與金屬溴化物或有機溴化物的組合。 構成電解質層6的材料的其他示例包括諸如亞鐵氰酸鹽/鐵氰酸鹽和二茂鐵/ 二茂鐵離 子等金屬絡合物；多硫化鈉和烷基硫醇/烷基二硫化物等含硫化合物；紫羅鹼染料；以及氫 醌/醌等。對於金屬化合物，優選採用鋰Li、鈉Na、鉀K、鎂Mg、鈣Ca或銫Cs等陽離子。對 於有機化合物，優選採用例如四烷基銨、吡啶和咪唑鐺等季銨化合物的陽離子。但陽離子不 限於這些，並可以以組合的方式使用。其中，優選採用將I2與碘化鋰LiI、碘化鈉NaI或諸如 碘化咪唑鐺等季銨化合物組合而獲得的電解質。電解質鹽在溶劑中的濃度優選為0. 05
1110M,更優選為0. 05 5M，再優選為0. 2 3M。I2或Br2的濃度優選為0. 0005 1M，更優 選為0. 001 0. 5M，再優選為0. 001 0. 3M。此外，為了提高染料敏化太陽能電池的開路 電壓，可添加例如4-叔丁基吡啶或苯並咪唑鐺(benzimidazolium)等添加劑。構成上述電解質組分的溶劑的非限定性示例包括水、醇、醚、酯、碳酸酯、內酯、羧 酸酯、磷酸三酯、雜環化合物、腈、酮、醯胺、硝基甲烷、滷代烴、二甲基亞碸、環丁碸、N-甲基 吡咯烷酮、1，3_ 二甲基咪唑啉酮、3-甲基噁唑烷酮以及烴。另外，可以以組合的方式使用上 述溶劑。此外，四烷基_、吡啶_或咪唑鐺-季銨鹽的離子液體也可用作溶劑。為了抑制染料敏化太陽能電池的漏液和電解質的揮發，可以將膠凝劑、聚合物或 交聯單體等溶解到上述電解質組分中，或者可以使用通過分散無機陶瓷顆粒獲得的凝膠狀 電解質。對於凝膠基質與電解質組分之間的比例，電解質組分多時離子導電率增加，但機械 強度降低。相反地，電解質組分過少時機械強度增加，但離子導電率降低。因此，電解質組 分的量優選為凝膠狀電解質的50 99wt%，更加優選為80 97wt%。此外，還可以通過 將電解質和增塑劑溶解到聚合物中並通過揮發去除增塑劑來獲得全固體型染料敏化太陽 能電池。在該染料敏化太陽能電池中，染料保持多孔氧化鈦層2a 2d被形成為使得，通過 選擇敏化染料的種類、厚度、堆疊結構、氧化鈦微粒的顆粒尺寸，或者，當氧化鈦微粒由具有 不同顆粒尺寸的至少兩種氧化鈦微粒構成時，通過選擇至少兩種氧化鈦微粒的組合比例， 來產生與在染料敏化太陽能電池的光接收面上顯示的圖案的著色對應的所需顏色。下面對 利用染料保持多孔氧化鈦層2a 2d產生的顏色的控制方法進行具體說明。染料敏化太陽能電池的製造方法接下來，對該染料敏化太陽能電池的製造方法進行說明。首先，如圖3所示，除去沿著透明導電基板1的彼此正交的兩邊的區域的透明導電 層lb，從而使透明基板Ia在該區域中露出。接下來，對應於將要形成的染料保持多孔氧化鈦層2a 2d的圖案和將通過染料 保持多孔氧化鈦層2a 2d產生的顏色，以適當的厚度和適當的次數將通過分散具有適當 顆粒尺寸的氧化鈦微粒而獲得的漿料，塗敷到透明導電基板1的透明導電層Ib上。圖5A 圖5D表示依次塗敷與染料保持多孔氧化鈦層2a 2d對應的漿料P1 P4的示例。然而，漿料P1 p4的塗敷順序不限於此。之後，在例如450 650°C的溫度下，對如上所述按適當的圖案被塗敷有漿WP1 P4的透明導電基板1進行煅燒，以燒結氧化鈦微粒。隨後，例如，通過將氧化鈦微粒已燒結的透明導電基板1浸入到染料溶液中，使氧 化鈦微粒中保持敏化染料。由此，形成染料保持多孔氧化鈦層2a 2d。另一方面，如圖4所示，在透明導電基板3的透明導電層3b上形成對置電極4之 後，除去沿透明導電基板3的彼此正交的兩邊的區域的對置電極4和透明導電層3b，從而使 透明基板3a在該區域中露出。然後，將透明導電基板1和透明導電基板3設置成使得染料保持多孔氧化鈦層 2a 2d和對置電極4彼此相對，並具有例如1 100 μ m，優選1 50 μ m的預定間隔，同 時，透明導電基板1與透明導電基板3在χ軸方向上錯開寬度a，在y軸方向上錯開寬度b。 形成將封入有電解質層6並由密封劑5密封的空間，並且例如通過預先形成在透明導電基板3中的填充孔8，將電解質層6注入到該空間內。之後，堵住該填充孔8。這樣，就製造出 了預期的染料敏化太陽能電池。染料敏化太陽能電池的操作接下來，對該染料敏化太陽能電池的操作進行說明。入射到透明導電基板1的光接收面的光，穿過透明導電基板1入射到染料保持多 孔氧化鈦層2a 2c！上。入射到染料保持多孔氧化鈦層2a 2d上的光激發染料保持多孔 氧化鈦層2a 2d的敏化染料，從而產生電子。產生的電子迅速地從敏化染料被供給到染 料保持多孔氧化鈦層2a 2d的氧化鈦微粒。另一方面，失去電子的敏化染料接收來自電 解質層6的離子的電子，並且已供給電子的分子再從對置電極4的表面接收電子。通過這 一系列的反應，在電連接至染料保持多孔氧化鈦層2a 2d的透明導電基板1與透明導電 基板3之間產生電動勢。以這種方式，執行光電轉換。控制染料敏化太陽能電池產牛的顏餼的方法下面，對利用染料保持多孔氧化鈦層2a 2d控制染料敏化太陽能電池產生的顏 色的方法進行具體說明。1.基於散射顆粒含量的顏色控制塗敷由顆粒尺寸為20nm的氧化鈦微粒構成的漿料以形成單一層(厚度3μπι)。 然後，在該層上塗敷一混合漿料以形成另一單一層(厚度5 μ m或6 μ m)，該混合漿料是通 過在顆粒尺寸為20nm的氧化鈦微粒的漿料中混入10 IOOwt%的由顆粒尺寸為400nm的 氧化鈦微粒構成的漿料而獲得的。之後，進行煅燒使漿料固化。在這種情況下，構成第二層 的顆粒尺寸為400nm的氧化鈦微粒為光散射顆粒，顏色隨顆粒尺寸為400nm的氧化鈦微粒 的含量改變。採用0131、0149、町19、黑染料(black dye)以及混合染料(D131+黑染料)作為氧 化鈦微粒中保持的敏化染料。在此，D131的正式名稱為，2-氰基-3-[4-[4-(2，2-二苯基乙 烯基)苯基]-l，2，3，3a，4，8b-六氫環戊[b]吲哚_7_基]-2-丙烯酸。此外，D149的正式名 稱為，5-[[4-[4-(2，2-二苯基乙烯基)苯基]-1，2，3，3a，4，8b-六氫環戊[b]吲哚_7_基] 亞甲基]-2- (3-乙基-4-氧代-2-硫代-5-噻唑烷亞基)-4-氧代-3-噻唑烷乙酸。此夕卜， N719為順-二(異硫氰酸酯)_ 二(2，2』 -聯吡啶-4，4』 - 二羧酸)釕(II) 二(四丁銨) 絡合物，屬於一種聯吡啶絡合物。此外，黑染料為三(異硫氰酸酯)(2，2' 6'，2"-三聯 吡啶_4，4'，4"-三羧酸)釕(II)三(四丁銨)絡合物，屬於一種三聯吡啶絡合物。圖6 圖10表示當採用各種敏化染料時，RGB顏色坐標(y)根據散射顆粒含量(χ) 改變。在圖6 圖10中，橫軸上的散射顆粒含量的單位為[含量％/10]。圖6表示採用D131作為敏化染料時，RGB顏色坐標(y)根據散射顆粒含量(χ)改 變。在圖 6 中，R 由 y = -0. 16x2+2. 12X+229 表示，G 由 y = -6. 31η(χ)+175 表示，B 由 y =-11. Iln(χ) +51 表示。圖7表示採用D149作為敏化染料時，RGB顏色坐標(y)根據散射顆粒含量(χ)改 變。在圖 7 中，R 由 y = 0. 43x2-7. 9X+78 表示，G 由 y = 0. 13x2_2. 3x+18 表示，B 由 y = 0. 27x2-4. 9X+54 表示。圖8表示採用N719作為敏化染料時，RGB顏色坐標(y)根據散射顆粒含量(χ) 改變。在圖 8 中，R 由 y = -15. 51η (χ)+150 表示，G 由 y = -9. 51η (χ) +51 表示，B 由 y(χ)+39 表示。圖9表示採用黑染料作為敏化染料時，RGB顏色坐標(y)根據散射顆粒含量(χ) 改變。在圖 9 中，R 由 y = -14. 21η(χ)+101 表示，G 由 y = -16. 91n(x)+119 表示，B 由 y =-10. 81η(χ)+61 表示。圖10表示採用混合染料(D131+黑染料)作為敏化染料時，RGB顏色坐標(y)根據 散射顆粒含量(χ)改變。在圖10中，R由y = -16. 31η (χ) +132表示，G由y = -11. 51η (χ) +89 表示，B由y = -0. 73x+37表示。2.基於散射層的堆疊層數的顏色控制塗敷由顆粒尺寸為20nm的氧化鈦微粒構成的漿料以形成單一層(厚度3μπι)。 然後，在該層上塗敷1 3層混合漿料，該混合漿料是通過在顆粒尺寸為20nm的氧化鈦微 粒的漿料混入20襯％的由顆粒尺寸為400nm的氧化鈦微粒構成的漿料。之後，進行煅燒使 漿料固化。在這種情況下，由混合漿料構成且包含作為光散射顆粒的顆粒尺寸為400nm的 氧化鈦微粒的第二層為散射層，顏色隨混合漿料的堆疊層數改變。採用D131、D149、N719、黑染料以及混合染料(D131+黑染料)作為在氧化鈦微粒 中保持的敏化染料。圖11 圖15表示採用各種敏化染料時，RGB顏色坐標(y)根據混合漿料的堆疊 層數(χ)改變。混合漿料是通過將20wt%的由顆粒尺寸約為400nm的氧化鈦微粒構成的漿 料與由顆粒尺寸約為20nm的氧化鈦微粒構成的漿料混勻獲得的。圖11表示採用D131作為敏化染料時，RGB顏色坐標(y)根據混合漿料的堆疊層數 (X)改變。在圖 11 中，R 由 y = 2X+231 表示，G 由 y = _13x+175 表示，B 由 y = -5. 5x+37表不。圖12表示採用D149作為敏化染料時，RGB顏色坐標(y)根據混合漿料的堆疊層 數(χ)改變。在圖 12 中，R 由 y = -301η(χ)+47 表示，G 由 y = -6. 81η(χ)+10 表示，B 由 y =-251η(χ)+38 表示。圖13表示採用Ν719作為敏化染料時，RGB顏色坐標(y)根據混合漿料的堆疊層數 (χ)改變。在圖 13 中，R 由 y = -37. 5x+169 表示，G 由 y = _18x+62 表示，B 由 y = _15x+57表不。圖14表示採用黑染料作為敏化染料時，RGB顏色坐標(y)根據混合漿料的堆疊層 數(χ)改變。在圖14中，R由y = 501η(χ) +80表示，G由y = -331η(χ) +93表示，B由y =-8x+52 表示。圖15表示採用混合染料(D131+黑染料)作為敏化染料時，RGB顏色坐標(y)根據 混合漿料的堆疊層數(X)改變。在圖15中，R由y = -22X+127表示，G由y = -17. 5x+88 表示，B 由 y = -211η(χ)+38 表示。3.基於透明層的堆疊層數的顏色控制在塗敷一層或兩層由顆粒尺寸為20nm的氧化鈦微粒構成的漿料後，進行煅燒以 使漿料固化。在這種情況下，由顆粒尺寸為20nm的氧化鈦微粒構成的漿料形成了透明層， 顏色隨透明層的堆疊層數改變。採用D131、D149、N719、黑染料以及混合染料(D131+黑染料)作為在氧化鈦微粒 中保持的敏化染料。
圖16 圖20表示採用各種敏化染料時，RGB顏色坐標(y)根據漿料的堆疊層數 (x)改變。由顆粒尺寸大約為20nm的氧化鈦微粒構成的漿料的堆疊層數為1層或2層。圖16表示採用D131作為敏化染料時，RGB顏色坐標(y)根據漿料的堆疊層數(χ) 改變。在圖16中，R由y = -x+234表示，G由y = _14x+213表示，B由y = -7x+68表示。圖17表示採用D149作為敏化染料時，RGB顏色坐標(y)根據漿料的堆疊層數(χ) 改變。在圖17中，R由y = -6x+88表示，G由y = -3x+58表示，B由y = -χ+21表示。圖18表示採用Ν719作為敏化染料時，RGB顏色坐標(y)根據漿料的堆疊層數(χ) 改變。在圖18中，R由y = -35X+228表示，G由y = _42x+139表示，B由y = _29x+95表不。圖19表示採用黑染料時，RGB顏色坐標(y)根據漿料的堆疊層數(χ)變化。在圖 19 中，R 由 y = -49X+222 表示，G 由 y = -44x+236 表示，B 由 y = _34x+147 表示。圖20表示採用混合染料(D131+黑染料)作為敏化染料時，RGB顏色坐標(y)根 據漿料的堆疊層數(χ)改變。在圖20中，R由y = 163表示，G由y = _23x+143表示，B由 y = -ΙΟχ+57 表示。通過組合基於散射顆粒含量的顏色控制、基於散射層的堆疊層數的顏色控制、基 於透明層的堆疊層數的顏色控制以及敏化染料的選擇，可以利用染料保持多孔氧化鈦層 2a 2d在光接收面上顯示各種顏色。具體地，如表1 5所示，利用上述5種敏化染料分 別可以顯示12種顏色，即，利用5種敏化染料總共可以顯示60種顏色。表1 5表示各種 顏色的RGB顏色坐標。在此，表1表示採用D131時的RGB顏色坐標。表2表示採用D149 時的RGB顏色坐標。表3表示採用N719時的RGB顏色坐標。表4表示採用黑染料時的RGB 顏色坐標。表5表示採用混合染料(D131+黑染料)時的RGB顏色坐標。從表1 4可以 清楚的看出，儘管只採用一種敏化染料，也可以顯示多達12種顏色。 表2敏化染料D149 表3敏化染料N719 表5敏化染料D131+黑染料 產生上述顏色1 60的染料保持多孔氧化鈦層的結構如下。(1)顏色 1、13、25、37 以及 49該結構包括厚度為3 μ m、由顆粒尺寸為20nm的氧化鈦微粒構成的多孔氧化鈦層。(2)顏色 2、14、26、38 以及 50該結構包括厚度為5 μ m、由顆粒尺寸為20nm的氧化鈦微粒構成的多孔氧化鈦層。(3)顏色 3、15、27、39 以及 51該結構包括厚度為3 μ m、由顆粒尺寸為20nm的氧化鈦微粒構成的第1多孔氧化鈦 層，以及厚度為5 μ m、由顆粒尺寸為20nm的氧化鈦微粒和IOwt %的顆粒尺寸為400nm的氧 化鈦微粒構成的第2多孔氧化鈦層，該第2多孔氧化鈦層形成於第1多孔氧化鈦層上。(4)顏色 4、16、28、40 以及 52該結構包括厚度為3 μ m、由顆粒尺寸為20nm的氧化鈦微粒構成的第1多孔氧化鈦 層，以及厚度為6 μ m、由顆粒尺寸為20nm的氧化鈦微粒和30wt%的顆粒尺寸為400nm的氧 化鈦微粒構成的第2多孔氧化鈦層，該第2多孔氧化鈦層形成於第1多孔氧化鈦層上。
(5)顏色 5、17、29、41 以及 53該結構包括厚度為3 μ m、由顆粒尺寸為20nm的氧化鈦微粒構成的第1多孔氧化鈦 層，以及厚度為6 μ m、由顆粒尺寸為20nm的氧化鈦微粒和50wt%的顆粒尺寸為400nm的氧 化鈦微粒構成的第2多孔氧化鈦層，該第2多孔氧化鈦層形成於第1多孔氧化鈦層上。(6)顏色 6、18、30、42 以及 54該結構包括厚度為3 μ m、由顆粒尺寸為20nm的氧化鈦微粒構成的第1多孔氧化鈦 層，以及厚度為5 μ m、由顆粒尺寸為400nm的氧化鈦微粒構成的第2多孔氧化鈦層，該第2 多孔氧化鈦層形成於第1多孔氧化鈦層上。(7)顏色 7、19、31、43 以及 55該結構包括厚度為3 μ m、由顆粒尺寸為20nm的氧化鈦微粒構成的第1多孔氧化鈦 層，以及厚度為7 μ m、由顆粒尺寸為20nm的氧化鈦微粒和20wt%的顆粒尺寸為400nm的氧 化鈦微粒構成的第2多孔氧化鈦層，該第2多孔氧化鈦層形成於第1多孔氧化鈦層上。(8)顏色 8、20、32、44 以及 56該結構包括厚度為3 μ m、由顆粒尺寸為20nm的氧化鈦微粒構成的第1多孔氧化鈦 層，以及厚度為13 μ m、由顆粒尺寸為20nm的氧化鈦微粒和20wt%的顆粒尺寸為400nm的 氧化鈦微粒構成的第2多孔氧化鈦層，該第2多孔氧化鈦層形成於第1多孔氧化鈦層上。(9)顏色 9、21、33、45 以及 57該結構包括厚度為3 μ m、由顆粒尺寸為20nm的氧化鈦微粒構成的第1多孔氧化鈦 層，以及厚度為17 μ m、由顆粒尺寸為20nm的氧化鈦微粒和20wt%的顆粒尺寸為400nm的 氧化鈦微粒構成的第2多孔氧化鈦層，該第2多孔氧化鈦層形成於第1多孔氧化鈦層上。(10)顏色 10、22、34、46 以及 58該結構包括厚度為3 μ m、由顆粒尺寸為20nm的氧化鈦微粒構成的第1多孔氧化鈦 層，以及厚度為3 μ m、由顆粒尺寸約為400nm的氧化鈦微粒構成的第2多孔氧化鈦層，該第 2多孔氧化鈦層形成於第1多孔氧化鈦層上。(11)顏色 11、23、35、47 以及 59該結構包括厚度為3 μ m、由顆粒尺寸為400nm的氧化鈦微粒構成的多孔氧化鈦層。(12)顏色 12、24、36、48 以及 60該結構包括厚度為5 μ m、由顆粒尺寸為400nm的氧化鈦微粒構成的多孔氧化鈦層。上述60種顏色是當從光接收面一側看染料敏化太陽能電池時的顏色。然而，當從 與染料敏化太陽能電池的光接收面相對的表面(從透明基板3a的外側露出的表面)一側 看染料敏化太陽能電池時，也可以顯示不同的顏色。具體而言，在採用由顆粒尺寸為400nm 的氧化鈦微粒構成多孔氧化鈦層作為染料保持多孔氧化鈦層的情況(10)中，氧化鈦微粒 是散射顆粒，可以顯示與顏色10、22、34、46、58不同的顏色。此外，在情況(11)中，可以顯 示與顏色11、23、35、47、59不同的顏色。另外，在情況(12)中，可以顯示與顏色12、24、36、 48、60不同的顏色。示例 1把由Nippon Sheet Glass Co.，Ltd.製造的用於非晶太陽能電池的FTO基板(方
21塊電阻10 Ω /sq)加工成尺寸為206mmX 206mm的正方形，該FTO基板是通過在厚度為4mm 的玻璃基板上形成FTO膜而獲得。依次用丙酮、乙醇、鹼性清洗液、超純水對FTO基板進行 超聲波清洗，並將FTO基板進行充分地乾燥。該FTO基板被用作透明導電基板1和3。利用雷射束照射(雷射蝕刻)，將沿作為透明導電基板1的FTO基板的彼此正交的 兩邊、寬度為a = b = 1. 5mm的區域的FTO膜除去，從而使玻璃基板在該區域中露出。之後，利用絲網印刷機，使用具有與染料保持多孔氧化鈦層2a 2d的圖案對應的 所需圖案的絲網，根據利用待形成的染料保持多孔氧化鈦層2a 2d顯示的顏色，以適當的 厚度、適當次數將通過分散具有適當顆粒尺寸的氧化鈦微粒獲得的漿料塗敷到在FTO基板 的FTO膜上。然後，將上述利用絲網印刷按所需圖案被塗敷漿料的FTO基板在電爐中以510°C 的溫度煅燒30分鐘，從而燒結氧化鈦微粒並形成氧化鈦微粒燒結體。隨後，為了去除由此形成的氧化鈦微粒燒結體的雜質，並提高活性，用準分子燈進 行3分鐘的紫外線照射。之後，將氧化鈦微粒燒結體在室溫下浸沒到敏化染料溶液中，從而使氧化鈦微粒 燒結體保持敏化染料。之後，用乙腈清洗該氧化鈦微粒燒結體，並在暗處進行乾燥。可以採 用叔丁醇/乙腈的混合溶劑(體積比1 1)作為敏化染料溶液的溶劑。當採用D149作為 敏化染料時，將氧化鈦微粒燒結體在添加了 1. OmM的cdCA的0. 5mM的敏化染料溶液中浸沒 3個小時。當採用黑染料作為敏化染料時，將氧化鈦微粒燒結體在0. 2mM的敏化染料溶液中 浸沒72個小時。當採用N719作為敏化染料時，將氧化鈦微粒燒結體在0. 5mM的敏化染料 溶液中浸沒48個小時。當採用混合染料(D131+黑染料)作為敏化染料時，將氧化鈦微粒 燒結體在由0. 1875mM D131和0. 5625mM黑染料組成的敏化染料溶液中浸沒96個小時。由 此，形成染料保持多孔氧化鈦層2a 2d。另一方面，在作為透明導電基板3的FTO基板的一角形成直徑為0.5mm的填充孔。 之後，將30mL的氯鉬酸的乙醇溶液(H2PtCl6:Et0H，0. Iwt% )噴到FTO基板的FTO膜上。然 後，在電爐內以450°C的溫度鍛燒30分鐘，以燒結鉬微粒。由此，鉬微粒層被形成為對置電 極4。隨後，利用雷射束照射(雷射蝕刻)，從沿FTO基板彼此正交的兩邊的寬度為a = b =1. 5mm的區域去除鉬微粒層和FTO膜，使玻璃基板在該區域中露出。之後，以留下寬度為1. 5mm、外形尺寸為203mmX203mm的集電部的方式，利用絲網 印刷，在FTO基板上的對置電極(鉬微粒層)上塗敷厚度為50 μ m的作為密封劑5的紫外 線(UV)固化粘接劑。通過UV固化粘接劑，將形成有染料保持多孔氧化鈦層2a 2d的FTO 基板與形成有對置電極的FTO基板粘接。此時，這些FTO基板以在χ軸方向和y軸方向上 分別錯開1. 5mm的方式彼此粘接。之後，用紫外線照射UV固化粘接劑使之固化。另一方面，將0. 05M的碘化鈉(NaI)、0.7M的1-丙基-2. 3-二甲基碘化咪唑鐺 (DMPImI),0. IM的碘(I2)以及0. IM的叔丁基吡啶溶解到作為溶劑的甲氧基丙腈中，以製備 電解質組分。之後，將電解質組分從形成在形成有對置電極的FTO基板的一角上的填充孔減壓 注入，並將FTO基板置於充有氮(N2)的0.4MPa的加壓容器內。由此，電解質組分被完全注 入到由上述兩個FTO基板和密封劑所圍成的空間內。之後，用UV固化粘接劑和玻璃基板密 封該填充孔，以獲得染料敏化太陽能電池。
如上所述，根據第一實施例，除了可以獲得公知的染料敏化太陽能電池已具備的 高光電轉換效率和低製造成本的優點外，還能夠獲得如下的優點。即，當從光接收面側或 從與光接收面相對的表面側看染料敏化太陽能電池時，可以看到染料保持多孔氧化鈦層 2a 2d的圖案以及從通過使用染料保持多孔氧化鈦層2a 2d產生的顏色獲得的色彩設 計。因此，通過選擇色彩設計的顏色和圖案，可以提供一種當置於公共場所時，使觀察者感 覺舒適的設計性能優良的染料敏化太陽能電池。2.第二實施例染料敏化太陽能電池的結構在第二實施例的染料敏化太陽能電池中，第一實施例的染料敏化太陽能電池中的 電解質層6由包括碘和具有至少一種異氰酸酯基(-NC0)的化合物的電解質組分構成。優 選地，該化合物的分子除了具有異氰酸酯基外還具有至少一種含氮官能團，或者該電解質 組分除了包括具有至少一種異氰酸酯基的化合物外，還包括具有至少一種含氮官能團的化 合物。具有至少一種異氰酸酯基(-NC0)的化合物沒有特別限定，該化合物優選與電解質的 溶劑、電解質鹽以及其他添加劑互溶。具有至少一種含氮官能團的化合物優選為胺化合物， 但不限於此。該胺化合物沒有特別限定，該化合物優選與電解質的溶劑、電解質鹽以及其他 添加劑互溶。通過以這種方式將含氮官能團提供給具有至少一種異氰酸酯基的化合物，特 別是可以顯著增加染料敏化太陽能電池的開路電壓。上述化合物可以用作具有至少一種異 氰酸酯基的化合物。除上述情況以外，第二實施例的染料敏化太陽能電池與第一實施例的相同。根據第二實施例，電解質層6由包括具有至少一種異氰酸酯基的化合物的電解質 組分構成，這可以增加短路電流和開路電壓。因此，除了具有與第一實施例相同的優點外， 還具有可以獲得具有極高光電轉換效率的染料敏化太陽能電池的優點。示例 2當製備示例1中的電解質組分時，除了 0. IM的碘化鈉(NaI)、1.4M的1_丙 基-2. 3- 二甲基碘化咪唑鐺、0. 15M的碘(I2)以及0. 2M的4-叔丁基吡啶以外，還將0. 2M 的苯基異氰酸酯溶解到甲氧基丙腈中。除上述以外，以與示例1相同的方式獲得示例2的 染料敏化太陽能電池。3.第三實施例染料敏化太陽能電池的結構如圖21所示，在第三實施例的染料敏化太陽能電池中，在第一實施例的染料敏化 太陽能電池中的透明導電基板1的光接收面上，設置有光量調節板11。在此，可以利用光量 調節板11調節入射到染料保持多孔氧化鈦層2a 2d的光量。對於光量調節板11，可以採 用公知的能夠通過施加電場來調節光量的各種光量調節板。具體地，光量調節板11可以通 過採用例如能夠通過施加電場來控制光的透射的電致變色材料和液晶，以及引起泡克耳斯 效應(Pockels effect)的透明壓電各向同性壓電晶體而獲得。當對該光量調節板11施加 電場時，電壓被施加到光量調節板11的兩面。該電壓可以由外部電源提供，或使用由單個 染料敏化太陽能電池或染料敏化太陽能電池模塊提供的電壓。對於光量調節板11的操作 所需的電壓，例如根據用於用於調節光量的材料決定。示例 3
使用採用電致變色材料的光量調節板11。圖22表示光量調節板11的結構。如 圖22所示，該光量調節板11包括從透明導電基板1的光接收面側起依次設置的透明電極 11a、透明的離子導電電解質層lib、透明對置電極11c、電致變色層Ild以及透明電極lie。 透明電極Ila和lie可以由上述透明導電材料構成。電致變色層Ild可以由例如非晶態或 晶態的三氧化鎢(WO3)構成。離子導電電解質層lib優選由具有高離子(M+)遷移數和高電 導率(例如，1Χ10_4Ω 或更高)的無色透明材料構成。離子導電電解質層lib可以由 液態電解質或固態電解質構成。液態電解質的示例包括通過將例如LiClO4等鹼金屬鹽溶 解到非質子溶劑中獲得的電解質。此外，固態電解質的示例包括例如H3PO4(WO3) 12 ·29Η20等 質子電解質、通過利用例如Ta2O5或MgF2等多孔介電材料來保持電解質溶液而獲得的電解 質以及通過將無機鹽溶解到例如聚氧化乙烯等聚合物中獲得的聚合物固態電解質。下面對通過光量調節板11來調節透射光量的方法進行說明。當使光量調節板11變得透明以增加透射光 量時，在透明電極lie和透明電極Ila 之間施加透明電極lie側具有較高電位的電壓。這裡，電致變色層Ild由無色透明的恥3構 成，從而變得透明。當降低光量調節板11的透明度以減少透射光量時，在透明電極lie和透明電極 Ila之間施加透明電極lie側具有較低電位的電壓。通過施加該電壓，產生在從透明電極 Ila到透明電極lie的方向上的電場。由於電場的施加，電子(e_)從透明電極lie被注入 到由無色透明的WO3構成的電致變色層Ild中，離子(M+)從離子導電電解質層lib通過對 置電極Ilc被注入到電致變色層Ild中。因此，基於如下方程式表示的反應生成MxWO3，從 而使電致變色層Ild變成藍色W03+xM++xe_ = MxffO3其中，M+為例如H+、Li+、Na+或 K+。使電致變色層Ild變成藍色，由此降低光量調節板11的透明度，並減少透射光量。 即使停止施加電場，電致變色層Ild變成藍色的狀態也得以維持(記憶效應)。在此狀態下，如果施加到透明電極lie和透明電極Ila之間的電壓的極性反轉， 則MxWO3被氧化。這樣，著色的電致變色層Ild恢復到由無色透明的WO3構成的電致變色 層lid。在這種情況下，在對置電極Ilc上發生與上述方程式表示的反應對應的氧化還原反 應。由於當對置電極Ilc由諸如Ni (0H)2、Ir(0H)2或普魯士藍(PB)等氧化成色劑構成時可 以提高著色效率，因而可以改善光調製特性。根據第三實施例，光量調節板11的透明度可以通過施加電場來控制。因此，除了 具有與第一實施例相同的優點外，還具有可以調節進入到染料敏化太陽能電池的光量的優 點。通過調節入射光量，可以改變當從光接收面側看染料敏化太陽能電池時由染料保持多 孔氧化鈦層2a 2d所產生的色調。此外，通過使施加到光量調節板11的電場的方向和強 度選擇性地隨時間改變，可以使該光量調節板11的透明度隨時間變化。因此，當從光接收 面側看染料敏化太陽能電池時由染料保持多孔氧化鈦層2a 2d產生的顏色的色調可以隨 時間改變。此外，可以選擇性地使當從光接收面側看染料敏化太陽能電池時使用染料保持 多孔氧化鈦層2a 2d獲得的色彩設計為不可見。此外，當電致變色層Ild由WO3構成時， 即使停止施加電場，通過施加電場生成MxWO3的狀態也得以維持。因此，可以減少利用光量 調節板11進行光量調節時所需的電力。
24
對本發明的實施例和示例進行了具體說明。但本發明不限於上述實施例和示例， 可在本發明的技術構思範圍內進行各種改變。例如，上述實施例和示例中所列舉的數值、結構、配置、形狀、材料、原料、工序等僅 為示例，如有需要，可以採用不同的數值、結構、配置、形狀、材料、原料、工序等。附圖標記1…透明導電基板、la···透明基板、Ib…透明導電層、2a 2d…染料保持多孔氧化 鈦層、3…透明導電基板、3a···透明基板、3b···透明導電層、4…對置電極、5…密封劑、6…電 解質層、7…集電層、8…填充孔、11···光量調節板、Ila和lie…透明電極、lib…離子導電電 解質層、Ilc…對置電極、Ild…電致變色層
權利要求
一種染料敏化太陽能電池，所述染料敏化太陽能電池包括透明導電基板；單個或多個多孔氧化鈦層，其形成在所述透明導電基板上，由氧化鈦微粒構成，並保持敏化染料；對置電極，其被形成為與所述多孔氧化鈦層相對；以及電解質層，其形成在所述多孔氧化鈦層和所述對置電極之間，其中，所述多孔氧化鈦層被形成為，通過選擇所述敏化染料的種類、厚度、堆疊結構、所述氧化鈦微粒的顆粒尺寸來產生所需顏色，或者，如果所述氧化鈦微粒由具有不同顆粒尺寸的至少兩種氧化鈦微粒構成，則通過選擇所述至少兩種氧化鈦微粒的組合比例來產生所需顏色。
2.根據權利要求1所述的染料敏化太陽能電池，其中，所述多孔氧化鈦層被形成為，通 過選擇所述敏化染料的種類、厚度、堆疊結構、所述氧化鈦微粒的顆粒尺寸來產生所需顏色 並形成所需圖案，或者，如果所述氧化鈦微粒由具有不同顆粒尺寸的至少兩種氧化鈦微粒 構成，則通過選擇所述至少兩種氧化鈦微粒的組合比例來產生所需顏色並形成所需圖案。
3.根據權利要求2所述的染料敏化太陽能電池，其中，所述敏化染料為D131、D149、 N719、黑染料或D131和黑染料的混合物。
4.根據權利要求3所述的染料敏化太陽能電池，其中，各所述多孔氧化鈦層分別由如 下多孔氧化鈦層構成(1)厚度為3 μ m、由顆粒尺寸為20nm的氧化鈦微粒構成的多孔氧化 鈦層；(2)厚度為5 μ m、由顆粒尺寸為20nm的氧化鈦微粒構成的多孔氧化鈦層；(3)厚度為 3 μ m、由顆粒尺寸為20nm的氧化鈦微粒構成的第1多孔氧化鈦層，以及厚度為5 μ m、由顆粒 尺寸為20nm的氧化鈦微粒和IOwt%的顆粒尺寸為400nm的氧化鈦微粒構成的第2多孔氧 化鈦層，所述第2多孔氧化鈦形成於所述第1多孔氧化鈦層上；(4)厚度為3 μ m、由顆粒尺 寸為20nm的氧化鈦微粒構成的第1多孔氧化鈦層，以及厚度為6 μ m、由顆粒尺寸為20nm的 氧化鈦微粒和30wt%的顆粒尺寸為400nm的氧化鈦微粒構成的第2多孔氧化鈦層，所述第 2多孔氧化鈦形成於所述第1多孔氧化鈦層上；(5)厚度為3 μ m、由顆粒尺寸為20nm的氧 化鈦微粒構成的第1多孔氧化鈦層，以及厚度為6 μ m、由顆粒尺寸為20nm的氧化鈦微粒和 50wt%的顆粒尺寸為400nm的氧化鈦微粒構成的第2多孔氧化鈦層，所述第2多孔氧化鈦 形成於所述第1多孔氧化鈦層上；(6)厚度為3 μ m、由顆粒尺寸為20nm的氧化鈦微粒構成 的第1多孔氧化鈦層，以及厚度為5 μ m、由顆粒尺寸為400nm的氧化鈦微粒構成的第2多孔 氧化鈦層，所述第2多孔氧化鈦形成於所述第1多孔氧化鈦層上；(7)厚度為3 μ m、由顆粒 尺寸為20nm的氧化鈦微粒構成的第1多孔氧化鈦層，以及厚度為7 μ m、由顆粒尺寸為20nm 的氧化鈦微粒和20wt%的顆粒尺寸為400nm的氧化鈦微粒構成的第2多孔氧化鈦層，所述 第2多孔氧化鈦形成於所述第1多孔氧化鈦層上；(8)厚度為3 μ m、由顆粒尺寸為20nm的 氧化鈦微粒構成的第1多孔氧化鈦層，以及厚度為13 μ m、由顆粒尺寸為20nm的氧化鈦微 粒和20wt%的顆粒尺寸為400nm的氧化鈦微粒構成的第2多孔氧化鈦層，所述第2多孔氧 化鈦形成於所述第1多孔氧化鈦層上；(9)厚度為3 μ m、由顆粒尺寸為20nm的氧化鈦微粒 構成的第1多孔氧化鈦層，以及厚度為17 μ m、由顆粒尺寸為20nm的氧化鈦微粒和20wt% 的顆粒尺寸為400nm的氧化鈦微粒構成的第2多孔氧化鈦層，所述第2多孔氧化鈦形成於 所述第1多孔氧化鈦層上；(10)厚度為3 μ m、由顆粒尺寸為20nm的氧化鈦微粒構成的第1多孔氧化鈦層，以及厚度為3 μ m、由顆粒尺寸約為400nm的氧化鈦微粒構成的第2多孔氧化 鈦層，所述第2多孔氧化鈦形成於所述第1多孔氧化鈦層上；(11)厚度為3μπκ由顆粒尺寸 為400nm的氧化鈦微粒構成的多孔氧化鈦層；或者(12)厚度為5 μ m、由顆粒尺寸為400nm 的氧化鈦微粒構成的多孔氧化鈦層。
5.根據權利要求1所述的染料敏化太陽能電池，其中，所述對置電極形成在透明導電 基板上。
6.根據權利要求5所述的染料敏化太陽能電池，其中，形成有所述多孔氧化鈦層的所 述透明導電基板和形成有所述對置電極的所述透明導電基板被設置成彼此錯開，並且夾在 這些透明導電基板之間的區域的外周部由密封劑密封。
7.根據權利要求6所述的染料敏化太陽能電池，其中，形成有所述多孔氧化鈦層的所 述透明導電基板和形成有所述對置電極的所述透明導電基板各自是通過在絕緣透明基板 上形成透明導電層獲得的，並且在這些透明導電基板各自的外周部且由所述密封劑密封的 部分中的所述透明導電層被除去。
8. 一種染料敏化太陽能電池的製造方法，所述方法包括如下步驟單次或多次地按相同圖案或不同圖案將分散有氧化鈦微粒的漿料絲網印刷到透明導 電基板上的步驟；通過煅燒所述漿料形成單個或多個多孔氧化鈦層的步驟；使所述多孔氧化鈦層保持敏化染料的步驟；形成與所述多孔氧化鈦層相對的對置電極的步驟；以及在所述多孔氧化鈦層和所述對置電極之間形成電解質層的步驟，其中，所述多孔氧化鈦層被形成為，通過選擇所述敏化染料的種類、厚度、堆疊結構、所 述氧化鈦微粒的顆粒尺寸來產生所需顏色，或者，如果所述氧化鈦微粒由具有不同顆粒尺 寸的至少兩種氧化鈦微粒構成，則通過選擇所述至少兩種氧化鈦微粒的組合比例來產生所 需顏色。
9.根據權利要求8所述的染料敏化太陽能電池的製造方法，其中，所述多孔氧化鈦層 被形成為，通過選擇所述敏化染料的種類、厚度、堆疊結構、所述氧化鈦微粒的顆粒尺寸來 產生所需顏色並形成所需圖案，或者，如果所述氧化鈦微粒由具有不同顆粒尺寸的至少兩 種氧化鈦微粒構成，則通過選擇所述至少兩種氧化鈦微粒的組合比例來產生所需顏色並形 成所需圖案。
10.根據權利要求9所述的染料敏化太陽能電池的製造方法，其中，所述敏化染料為 0131、0149、町19、黑染料或0131和黑染料的混合物。
11.根據權利要求10所述的染料敏化太陽能電池的製造方法，其中，各所述多孔氧化 鈦層分別由如下多孔氧化鈦層構成(1)厚度為3 μ m、由顆粒尺寸為20nm的氧化鈦微粒構 成的多孔氧化鈦層；(2)厚度為5 μ m、由顆粒尺寸為20nm的氧化鈦微粒構成的多孔氧化鈦 層；(3)厚度為3 μ m、由顆粒尺寸為20nm的氧化鈦微粒構成的第1多孔氧化鈦層，以及厚度 為5 μ m、由顆粒尺寸為20nm的氧化鈦微粒和IOwt %的顆粒尺寸為400nm的氧化鈦微粒構 成的第2多孔氧化鈦層，所述第2多孔氧化鈦形成於所述第1多孔氧化鈦層上；(4)厚度為 3 μ m、由顆粒尺寸為20nm的氧化鈦微粒構成的第1多孔氧化鈦層，以及厚度為6 μ m、由顆粒 尺寸為20nm的氧化鈦微粒和30wt%的顆粒尺寸為400nm的氧化鈦微粒構成的第2多孔氧化鈦層，所述第2多孔氧化鈦形成於所述第1多孔氧化鈦層上；(5)厚度為3 μ m、由顆粒尺 寸為20nm的氧化鈦微粒構成的第1多孔氧化鈦層，以及厚度為6 μ m、由顆粒尺寸為20nm的 氧化鈦微粒和50wt%的顆粒尺寸為400nm的氧化鈦微粒構成的第2多孔氧化鈦層，所述第 2多孔氧化鈦形成於所述第1多孔氧化鈦層上；(6)厚度為3 μ m、由顆粒尺寸為20nm的氧 化鈦微粒構成的第1多孔氧化鈦層，以及厚度為5 μ m、由顆粒尺寸為400nm的氧化鈦微粒構 成的第2多孔氧化鈦層，所述第2多孔氧化鈦形成於所述第1多孔氧化鈦層上；(7)厚度為 3 μ m、由顆粒尺寸為20nm的氧化鈦微粒構成的第1多孔氧化鈦層，以及厚度為7 μ m、由顆粒 尺寸為20nm的氧化鈦微粒和20wt%的顆粒尺寸為400nm的氧化鈦微粒構成的第2多孔氧 化鈦層，所述第2多孔氧化鈦形成於所述第1多孔氧化鈦層上；(8)厚度為3 μ m、由顆粒尺 寸為20nm的氧化鈦微粒構成的第1多孔氧化鈦層，以及厚度為13 μ m、由顆粒尺寸為20nm 的氧化鈦微粒和20wt%的顆粒尺寸為400nm的氧化鈦微粒構成的第2多孔氧化鈦層，所述 第2多孔氧化鈦形成於所述第1多孔氧化鈦層上；(9)厚度為3 μ m、由顆粒尺寸為20nm的 氧化鈦微粒構成的第1多孔氧化鈦層，以及厚度為17 μ m、由顆粒尺寸為20nm的氧化鈦微粒 和20wt%的顆粒尺寸為400nm的氧化鈦微粒構成的第2多孔氧化鈦層，所述第2多孔氧化 鈦形成於所述第1多孔氧化鈦層上；(10)厚度為3 μ m、由顆粒尺寸為20nm的氧化鈦微粒構 成的第1多孔氧化鈦層，以及厚度為3 μ m、由顆粒尺寸約為400nm的氧化鈦微粒構成的第2 多孔氧化鈦層，所述第2多孔氧化鈦形成於所述第1多孔氧化鈦層上；(11)厚度為3μπκ由 顆粒尺寸為400nm的氧化鈦微粒構成的多孔氧化鈦層；或者(12)厚度為5 μ m、由顆粒尺寸 為400nm的氧化鈦微粒構成的多孔氧化鈦層。
12.—種染料敏化太陽能電池，所述染料敏化太陽能電池包括 透明導電基板；單個或多個多孔半導體氧化物層，其形成在所述透明導電基板上，由半導體氧化物微 粒構成，並保持敏化染料；對置電極，其被形成為與所述多孔半導體氧化物層相對；以及 電解質層，其形成在所述多孔半導體氧化物層和所述對置電極之間，其中，所述多孔半 導體氧化物層被形成為，通過選擇所述敏化染料的種類、厚度、堆疊結構、所述半導體氧化 物微粒的顆粒尺寸來產生所需顏色，或者，如果所述半導體氧化物微粒由具有不同顆粒尺 寸的至少兩種半導體氧化物微粒構成，則通過選擇所述至少兩種半導體氧化物微粒的組合 比例來產生所需顏色。
13.一種染料敏化太陽能電池的製造方法，所述方法包括如下步驟單次或多次地按相同圖案或不同圖案將分散有半導體氧化物微粒的漿料絲網印刷到 透明導電基板上的步驟；通過煅燒所述漿料形成單個或多個多孔半導體氧化物層的步驟； 使所述多孔半導體氧化物層保持敏化染料的步驟； 形成與所述多孔半導體氧化物層相對的對置電極的步驟；以及 在所述多孔半導體氧化物層和所述對置電極之間形成電解質層的步驟， 其中，所述多孔半導體氧化物層被形成為，通過選擇所述敏化染料的種類、厚度、堆疊 結構、所述半導體氧化物微粒的顆粒尺寸來產生所需顏色，或者，如果所述半導體氧化物微 粒由具有不同顆粒尺寸的至少兩種半導體氧化物微粒構成，則通過選擇所述至少兩種半導體氧化物微粒的組合比例來產生所需顏色。
全文摘要
提供一種能夠獲得高光電轉換效率、低成本地製造，並具有優良設計性能的染料敏化太陽能電池及其製造方法。染料保持多孔氧化鈦層(2a～2d)被形成在透明導電基板(1)上，從而通過選擇敏化染料的種類、厚度、堆疊結構、氧化鈦微粒的顆粒尺寸，或者，如果氧化鈦微粒由具有不同顆粒尺寸的至少兩種氧化鈦微粒構成，通過選擇所述至少兩種氧化鈦微粒的組合比例，來產生所需顏色，形成所需圖案。形成有染料保持多孔氧化鈦層(2a～2d)的透明導電基板(1)和形成有對置電極(4)的透明導電基板(3)，以染料保持多孔氧化鈦層(2a～2d)和對置電極(4)相對的狀態，通過密封劑(5)彼此粘接。電解質層(6)被密封在染料保持多孔氧化鈦層(2a～2d)和對置電極(4)之間的空間內，從而使染料敏化太陽能電池被製造出來。
文檔編號H01L31/04GK101904045SQ20098010144
公開日2010年12月1日 申請日期2009年10月28日 優先權日2008年11月5日
發明者折橋正樹, 米屋麗子, 諸岡正浩, 鈴木祐輔 申請人:索尼公司