CN110323069B - 染料敏化太阳能电池和其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供发电面积效率大的染料敏化太阳能电池及制造方法。包括：具有第一主面(11a)和第二主面(11k)的透明电极(11)；形成于透明电极11的第一主面(11a)的发电层(14)，由半导体层(12)、光敏染料和电解质层(13)构成，具有主面(14a)和侧面(14b、14c、14d、14e)；形成于发电层的主面的对电极(15)，具有主面(15a)、侧面(15b、15c、15d、15e)和电极露出区域(15h)，对电极的侧面(15b、15c、15d、15e)与发电层的侧面(14b、14c、14d、14e)位于同一面上，俯视时对电极的电极露出区域与发电层的主面重叠，从透明电极(11)和对电极(15)的一者到另一者形成有密封层(16)，以覆盖发电层(14)的侧面(14b、14c、14d、14e)。

Description

染料敏化太阳能电池和其制造方法
技术领域
本发明涉及一种染料敏化太阳能电池和其制造方法。
背景技术
染料敏化太阳能电池通常依次形成透明电极、发电层和对电极而成。发电层由吸附了光敏染料的氧化物半导体层和电解质构成，通过从透明电极侧接受光，通过氧化物半导体的光电转换效应产生电动势。发电层具有其上下被透明电极和对电极夹着，并且通过用密封层密封侧面而密闭的结构。但是，由于密封层在俯视时存在于与透明电极和对电极重叠的区域，因此对光电转换有贡献的面积与密封层的量相应地减少，被限定为发电层的主面的面积。
专利文献1中记载有一种光电转换装置，将由金属或金属氧化物构成的覆盖材料接合在受光面以外的面。根据该光电转换装置，通过将由金属或金属氧化物构成的覆盖材料接合于受光面之外的面来将其覆盖，可以不减少受光量而较大地确保对光电转换有贡献的面积。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006－236788号公报。
发明内容
发明所要解决的技术问题
但是，在上述专利文献1记载的光电转换装置中，从增大对每单位受光面积的光电转换有贡献的面积(以下称为发电面积效率)这方面来看，存在改进的空间。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供一种发电面积效率高的染料敏化太阳能电池及其制造方法。
用于解决课题的技术方案
本发明提供一种染料敏化太阳能电池，其包括：
具有第一主面和第二主面的透明电极；
形成于该透明电极的第一主面上的发电层，该发电层由半导体层、光敏染料和电解质层构成，具有主面和侧面；和
形成于该发电层上的对电极，该对电极具有主面、侧面和电极露出区域，其中，
对电极的侧面的至少一部分与发电层的侧面的至少一部分位于同一面上，
对电极的电极露出区域在俯视时与发电层的主面的至少一部分重叠，
具有密封层，其从透明电极和对电极的一者形成至另一者，以覆盖发电层的侧面。
优选的是，电解质层为凝胶状态或固体状态。
优选的是，电解质层含有基质。
优选的是，密封层含有紫外线固化树脂或热固化树脂。
优选的是，密封层包含反射性材料。
优选的是，密封层形成至对电极的主面上的至少一部分，
在对电极的主面上的不具有密封层的区域具有对电极的电极露出区域。
优选的是，对电极由导电性薄膜构成。
优选的是，密封层是透明的，且从对电极形成至透明电极的侧面和透明电极的第二主面上的至少一部分。
优选的是，透明电极由导电薄膜构成。
本发明提供一种染料敏化太阳能电池的制造方法，其包括：
第一工序，在透明电极上形成半导体层，使光敏染料吸附于半导体层，通过在吸附有光敏染料的半导体层上形成凝胶状态或固体状态的电解质层来形成发电层；
第二工序，在发电层上形成对电极，以使侧面的至少一部分与发电层的侧面的至少一部分位于同一面上，且电极露出区域在俯视时与发电层的主面的至少一部分重叠；和
第三工序，从透明电极和对电极的一者至另一者形成密封层，以覆盖发电层的侧面。
另外，本发明提供一种染料敏化太阳能电池的制造方法，其包括：
第一工序，在透明电极上形成半导体层，使光敏染料吸附于半导体层，通过在吸附有光敏染料的半导体层上形成凝胶状态或固体状态的电解质层来形成发电层；
第二工序，在发电层上形成对电极，以使侧面的至少一部分与发电层的侧面的至少一部分位于同一面上，且电极露出区域在俯视时与发电层的主面的至少一部分重叠；和
第三工序，从透明电极和对电极的一者至另一者形成密封层，以覆盖发电层的侧面，
至少从形成电解质层时至第三工序完成的期间，电解质层为凝胶状态或固体状态。
发明效果
根据本发明，对电极的侧面的至少一部分和发电层的侧面的至少一部分位于同一面上，对电极的电极露出区域在俯视时与发电层的主面的至少一部分重叠，从透明电极和对电极的一者至另一者形成有密封层，以覆盖发电层的侧面，因此，可以提供发电面积效率大的染料敏化太阳能电池。
附图说明
图1是表示本发明的染料敏化太阳能电池的一个实施方式的制造过程的立体图。
图2是表示一个实施方式的变形例的图。
图3是表示本发明的染料敏化太阳能电池的另一个实施方式的制造过程的立体图。
图4是表示本发明的染料敏化太阳能电池的又一实施方式的概略截面图。
图5是表示现有技术的染料敏化太阳能电池的概略俯视图。
图6是表示现有技术的染料敏化太阳能电池的概略截面图。
符号说明
10、20、30、100 染料敏化太阳能电池
11、21、31、101 透明电极
12、22、32 半导体层
13、23、33 电解质层
14、24、34、102 发电层
15、25、35、103 对电极
16、26、36、104 密封层
11a、21a、31a 透明电极的第一主面
11k、21k、31k 透明电极的第二主面
11c、11d、11e 透明电极的侧面
12b、12c、12d、12e 半导体层的侧面
13b、13c、13d、13e 电解质层的侧面
14b、14c、14d、14e 发电层的侧面
15b、15c、15d、15e 对电极的侧面
11h、21h、31h、101h 透明电极的电极露出区域
15h、25h、35h、103h 对电极的电极露出区域。
具体实施方式
将本发明的染料敏化太阳能电池的一实施方式与该制造过程一起进行说明。图1表示本实施方式的染料敏化太阳能电池的制造过程的立体图。
＜第一工序＞
如图1的(a)所示，准备矩形的透明电极11。透明电极11具有第一主面11a、第二主面11k、侧面11c、11d和11e。首先，在透明电极11的第一主面11a上形成半导体层12，使光敏染料(未图示)吸附于半导体层12，且在吸附有光敏染料的半导体层12上形成电解质层13，由此形成发电层14。
(透明电极)
透明电极11作为染料敏化太阳能电池的负极起作用。透明电极11的第二主面11k侧为光入射侧。透明电极11能够通过在玻璃基板或塑料基板上设置透明导电膜而获得。作为透明导电膜的材料，可以参照已知的染料敏化太阳能电池的负极材料。例如，从注重高导电性和透光性的观点来看，例如可举出氧化锌、铟锡复合氧化物、铟锡复合氧化物层和银层构成的层叠体、掺杂有锑的氧化锡、掺杂有氟的氧化锡(FTO)等。其中，优选导电性和透光性特别高的FTO。
透明电极11的厚度可以任意确定。例如，玻璃基板的厚度优选为100μm以上且3mm以下，塑料基板的厚度优选为10μm以上且300μm以下，透明导电膜的厚度优选为0.01μm且0.3μm以下。
透明电极11可以是导电性薄膜。例如，可以在厚度为10μm以上且300μm以下的塑料基板上设置厚度为0.01μm以上且0.3μm以下的透明导电膜。
透明电极11的表面电阻优选为例如大约200Ω/□以下的低电阻。另外，在太阳光下使用的染料敏化太阳能电池中，透明电极11的薄膜电阻(Sheet resistance、表面电阻)大多情况为10Ω/□左右。但是，在用于室内的染料敏化太阳能电池中，假设在照度比太阳光低的荧光灯等下使用，由于光电子量(光电流值)较小，不易受到透明电极11中包含的电阻成分导致的不良影响，所以透明电极11的薄膜电阻不是极低的电阻，例如可以是20Ω/□～200Ω/□。
(发电层)
下面说明发电层14。发电层14由半导体层12、光敏染料(未图示)和电解质层13构成。发电层14的侧面14b由半导体层12的侧面12b和电解质层13的侧面13b构成，发电层14的侧面14c由半导体层12的侧面12c和电解质层13的侧面13c构成。在与发电层14的侧面14b相对的侧面标记符号14d，在与发电层14的侧面14c相对的侧面标记符号14e。与侧面14b和侧面14c同样地，侧面14d和侧面14e也由半导体层12和电解质层13的侧面构成。
－半导体层－
半导体层12可以通过例如使用刮刀或刮条涂布机的涂敷法、喷雾法、浸渍法、丝网印刷法、凹版印刷法、旋涂法等将分散有氧化物半导体颗粒的浆料涂敷在透明电极11上的第一主面11a，之后进行烧结来形成。
作为构成半导体层12的氧化物半导体颗粒，例如可以是Cd、Zn、In、Pb、Mo、W、Sb、Bi、Cu、Hg、Ti、Ag、Mn、Fe、V、Sn、Zr、Sr、Ga、Si、Cr、Nb等的金属的氧化物、SrTiO3、CaTiO3等的钙钛矿型氧化物等。可以是这些氧化物中的一种，也可以是包含两种以上的复合物。其中，优选为光电转换特性优异的TiO2。
氧化物半导体颗粒起到将电子从承载在颗粒表面并吸收了光的敏化染料转移到透明电极11的作用，并且起到将电解质保持在由氧化物半导体颗粒构成的细孔中的作用。
半导体层12的厚度优选为100nm以上且40μm以下。例如，通过设为100nm以上，能够良好地抑制I3 －向透明电极11的接触。此外，通过设为40μm以下，能够使电子良好地向透明电极11移动。
例如，半导体层12可以通过在涂敷了包含氧化物半导体颗粒的浆料之后，进行干燥和加热的方法等来制造。
-敏化染料-
在半导体层12上承载有敏化染料，半导体层12中的氧化物半导体颗粒通过该敏化染料被敏化。
敏化染料例如可以使用金属络合物染料、有机染料等各种染料。作为金属络合物染料，例如能够举例钌－顺－二水合物－联吡啶络合物、钌－三络合物、钌－双络合物、锇－三络合物、锇－双络合物等过渡金属络合物或锌－四(4－羧基苯基)卟啉、六氰化铁络合物和酞菁等。作为有机染料，可举出9－苯基呫吨类染料、香豆素类染料、吖啶类染料、三苯甲烷类染料、四苯甲烷类染料、醌类染料、偶氮类染料、靛类染料、菁类染料、份菁类染料、呫吨类染料、咔唑化合物类染料等。
敏化染料的赋予方法没有特别限制，例如有将包含敏化染料的溶液涂敷在半导体层12上之后，进行干燥的方法。或者，也有将形成有半导体层12的透明电极11浸渍于包含敏化染料的溶液后，进行干燥的方法。包含敏化染料的溶液的溶剂例如能够举例水、乙醇、乙腈、甲苯和二甲基甲酰胺等。
构成半导体层12的氧化物半导体颗粒各自的颗粒大小优选为直径约为5nm～1μm。
(电解质层)
电解质层13可以由液体电解质、凝胶状态电解质或固体电解质构成。在这些电解质中，从制造容易性和提高获得的电压的观点来看，更优选由凝胶状态电解质或固体电解质构成的电解质层，进一步优选包含氧化还原对(Redox couple)的凝胶状态电解质或固体电解质层。
另外，以下，有以包含氧化还原对的电解质层为例进行说明的部分，但不限于此。另外，包含氧化还原剂的电解质层可以是由单一材料构成的单层结构，也可以是包含多个化合物的层叠结构。
作为液体电解质，例如能够举例将氧化还原对溶解于有机溶剂中的电解液。
作为氧化还原对，能够使用已知的用于染料敏化太阳能电池的氧化还原对。例如，能够举例I－/I3 －类、Br－/Br3 －类、Fe2+/Fe3+类、醌/氢醌类等。其中优选I－/I3 －类。
I－/I3 －类可以通过四丙基碘化铵等的四烷基碘化铵、甲基三丙基碘化铵、二乙基二丁基碘化铵等的不对称烷基碘化铵或吡啶碘化物等的碘化季铵盐化合物和碘形成。
碘化季铵盐化合物通过电离而形成含有烷基的铵离子。若电解质层包含含有烷基的铵离子，则即使在低照度下，也能够实现较高的电压值。
进而，优选构成上述烷基的原子中的至少一个被氮原子、氧原子或卤原子等取代。另外，在铵离子包含多个烷基的情况下，优选多个烷基中的一部分烷基被芳烷基、烯基、炔基取代。
在此，电解质中包含的I－的浓度优选为1～10mol/L。该浓度远高于已知的染料敏化太阳能电池中的电解质中的I－的浓度。进而，电解质中的I－的浓度是I3 －浓度的200万～2亿倍的浓度。该浓度比远高于已知的染料敏化太阳能电池中的浓度比。I3 －和I－的浓度由碘I2和产生碘化物离子I－的上述碘化合物的存在比率决定。
通过将电解质中的I－的浓度设定为1～10mol/L，可以期待促进从I－向敏化染料的电子移动的作用。通过将电解质中的I－的浓度设定为I3 －浓度的200万～2亿倍，可以期待抑制从透明电极11、氧化物半导体颗粒和敏化染料向I3 －的电子移动的作用。由于这些作用，特别是在低照度条件下，可以期待发电量的增加和发电电流的增加。
另外，通过提高电解质中的I－的浓度，I3 －与透明电极11、氧化物半导体颗粒和敏化染料的接触概率降低，因此，可以期待发电量进一步提高。
作为用于液体电解质的有机溶剂，能够举例乙腈、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、戊腈、新戊腈等。
作为凝胶状态电解质，能够举例将在有机溶剂中溶解有氧化还原对的液体含浸于基质(matrix)中的凝胶电解质、将在有机溶剂中溶解有氧化还原对的液体含浸于基质后去除了有机溶剂的准固体电解质。作为基质，能够举例聚合物、粘土等。
由于电解质含有基质，从而与密封层的接合性提高，因此，可以更牢固地进行密封，能够提高经时变化的可靠性。
凝胶状态电解质通过以下方式获得：由完成了聚合的聚合物类、电解质和溶剂制备溶液，通过铸造法、涂敷法、浸渍法、含浸法等方法在承载有染料的半导体层上形成溶胶状的电解质层，之后将过剩的有机溶剂去除。
另外，还可以通过以下方式获得：由多官能单体类、聚合引发剂、电解质和溶剂制备溶液，再通过铸造法、涂敷法、浸渍法、含浸法等方法在承载有染料的半导体层上形成溶胶状的电解质层，之后进行自由基聚合。
作为用于凝胶状电解质的聚合物，只要是能够与电解液共同形成凝胶的聚合物，就没有特别限制，能够举例聚乙二醇、聚环氧乙烷、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚氨酯、聚脲、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醋酸乙烯酯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、乙基纤维素等。作为优选的聚合物，能够举例聚乙二醇、聚环氧乙烷、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯等。
作为粘土，能够举例二氧化硅颗粒、氧化锆颗粒、氧化钛颗粒、蒙脱石矿物颗粒等。
凝胶状态电解质中的聚合物的含量为1质量％以上且50质量％以下。通过设为1质量％以上，能够良好地保持电解液，能够防止漏液。通过设为50质量％以下，能够维持良好的离子传导性。
聚合物的重均分子量优选为2000以上且1000万以下。通过设为2000以上，电解质凝胶化而不是液体状态，因此，能够很容易地形成后述的密封层。通过设为1000万以下，能够良好地维持离子传导性。
作为固体电解质，能够举例含有氧化还原对的熔盐、噁二唑化合物、吡唑啉化合物等有机半导体材料、碘化铜、溴化铜等金属卤化物材料等。
固体电解质经过将包含溶剂的固体电解质前体(涂敷组合物)进行涂敷和溶剂去除而形成。作为溶剂，能够使用与上述材料相同的材料。
也能够将离子液体用于电解质。作为离子液体，例如使用吡啶鎓盐、咪唑鎓盐、***鎓盐等已知的碘盐，即在接近室温下处于熔融状态的常温熔盐。作为常温熔盐，能够举例1－甲基－3－丙基咪唑鎓碘化物、1－丁基－3－甲基咪唑鎓碘化物(BMII)、1－乙基－吡啶鎓碘化物等碘化季铵盐化合物等。
电解质层13也能够包含添加剂。作为添加剂，能够举例碘化锂、碘化钠、吡啶、吡啶衍生物、咪唑、和咪唑衍生物、硼酸三邻甲苯酯((CH3C6H4O)3B)、安息香酸、二甲氨基安息香酸等。
添加剂的含量优选为在电解质层13中含有0.1质量％以上且小于20质量％。更优选为1质量％以上且小于10质量％。
发电层14位于与对电极15的侧面在同一面上，因此，优选至少从形成电解质层13时至完成后述的第三工序为止的期间为凝胶状态或固体状态，优选通过喷墨(喷涂)、滴涂(dispense)、丝网印刷形成。
此外，在电解质层由具有溶剂的液体电解质构成的情况下，通过喷墨式或滴涂式涂敷，使溶剂瞬间挥发，由此能够获得凝胶状态电解质层。另外，能够通过将基板在液氮等中且在液体电解质的熔点以下涂敷后立即固化，从而形成电解质层。当在液体电解质的熔点以下，在涂敷后立即固化时，能够保持在低温下形成密封层。
＜第二工序＞
接下来，如图1的(b)所示，在发电层14的主面14a(参照图1的(a))上形成对电极15。按如下方式形成对电极15，即：对电极15的侧面15b和15c、以及与侧面15b和15c相对的侧面15d和侧面15e分别位于与发电层14的侧面14b、14c、14d和14e在同一面上，且对电极15的电极露出区域15h(参照图1的(c))在俯视时与上述发电层14的主面14a重叠。并且，发电层14的侧面14c、14d和14e分别也位于与透明电极11的侧面11c、11d和11e在同一面上。
(对电极)
对电极15作为染料敏化太阳能电池10的正极起作用。对电极15的材质没有特别限制，能够使用与透明电极11同样的材质。另外，对电极15也能够包含对还原剂赋予电子的具有催化作用的材料。作为对电极15，例如能够举例铂、金、银、铜、铝、铑、铟等金属、石墨、载持有铂的碳和铟锡复合氧化物、掺杂锑的氧化锡、掺杂氟的氧化锡等的金属氧化物等。另外，还能够举例聚(3，4－乙烯二氧噻吩)(PEDOT)、聚噻吩等有机半导体等。其中特别优选铂、石墨等。
＜第三工序＞
最后，如图1的(c)所示，从透明电极11至对电极15形成密封层16，以覆盖发电层14的侧面14b、14c、14d和14e。
在此，所谓“从透明电极11和对电极15的一者到另一者”只要是密封层16从透明电极11的侧面的至少一部分覆盖发电层14至对电极15的侧面的至少一部分即可。虽然不必一定覆盖透明电极11和对电极15的侧面整体，但从气体阻隔性、透明性、强度和耐候性等的观点来看，优选覆盖透明电极11、发电层14和对电极15的侧面整体。
在本实施方式的染料敏化太阳能电池中，对电极15的主面15a是对电极15的电极露出区域15h，透明电极11的第一主面11a上的没有形成密封层16的区域是透明电极11的电极露出区域11h。
密封层16优选包含通过热、光、电子束等固化的树脂。从气体阻隔性、透明性、强度和耐候性的观点来看，特别优选热固化树脂或紫外线固化树脂。作为热固化树脂能够举例环氧树脂。另外，作为紫外线固化树脂能够举例聚氨酯丙烯酸酯、丙烯酸树脂丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯等的丙烯酸树脂。密封层16能够通过以覆盖发电层14的侧面的方式从透明电极11和对电极15的一者涂敷到另一者之后，使其固化来形成。
密封层16也能够是包含反射性材料的层。例如，也能够在形成密封层16后，在密封层16的表面设置反射层。作为反射层，能够举例溅射有钛、银、银合金等反射率较高的薄膜的树脂层等。
另外，也能够使密封层的树脂含有反射性的金属氧化物颗粒。作为反射性的金属氧化物颗粒，能够举例氧化钛、氧化锌、氧化铝、氧化锆等。
如图1所示，如上所述制造的染料敏化太阳能电池10包括：具有第一主面11a和第二主面11k的透明电极11；形成于透明电极11的第一主面11a上的发电层14，其由半导体层12、光敏染料(未图示)和电解质层13构成，具有主面14a和侧面14b、14c、14d、14e；形成于发电层14的主面14a上的对电极15，其具有主面15a、侧面15b、15c、15d、15e和电极露出区域11h，其中，对电极15的侧面15b、15c、15d、15e与发电层14的侧面14b、14c、14d、14e位于同一面上，对电极15的电极露出区域15h在俯视时与发电层14的主面14a重叠，且从透明电极11的整个侧面到对电极15的整个侧面具有密封层16，以覆盖发电层14的侧面14b、14c、14d、14e。
在本实施方式中，对发电层和对电极的主面是矩形的染料敏化太阳能电池进行了说明，但发电层和对电极的主面也能够是圆形或多边形等的任意的形状。在发电层和对电极的主面是任意形状的染料敏化太阳能电池的情况下，如上所述，至少发电层的侧面需要用密封层覆盖，关于侧面的其它部分，只要侧面的一部分用密封层覆盖即可。从气体阻隔性、透明性、强度和耐候性的观点来看，优选覆盖透明电极、发电层和对电极的侧面整体。
＜发电面积效率＞
如图1的(c)所示，本实施方式中的电池受光面积用L×W表示，发电面积用L1×W表示，发电面积效率用(L1×W/L×W)×100表示。
例如，在L为12mm，L1为10mm，W为10mm时，发电面积效率为100/120×100＝83％。
(其他结构)
此外，本发明的染料敏化太阳能电池也能够在透明电极11和半导体层12之间具有反向电子移动防止层。反向电子移动防止层由氧化物半导体颗粒构成，具有比半导体层12更为致密的膜构造。用于反向电子移动防止层的氧化物半导体颗粒能够使用与半导体层12的氧化物半导体颗粒相同的材料。而且，反向电子移动防止层的氧化物半导体颗粒和半导体层12的氧化物半导体颗粒能够是相同的材料，也能够是不同的材料。在具有反向电子移动防止层的情况下，敏化染料优选吸附于反向电子移动防止层的表面的至少一部分。或者，敏化染料和氧化物半导体颗粒也能够混合成一体地存在。
具有致密的膜结构的反向电子移动防止层的存在能够通过采用截面结构的化学成分分析的电子显微镜观察进行确认。具体而言，随着相对于透明电极11的表面从对电极15侧接近透明电极11的表面，能够观察到颗粒尺寸相对较大的氧化物半导体颗粒部分地隔开间隙地积聚的样子，当进一步接近电极的表面时，能够观察到颗粒尺寸相对较小的氧化物半导体颗粒密集地形成的膜结构，能够鉴定该膜结构是反向电子移动防止层。
另外，就构成反向电子移动防止层的氧化物半导体颗粒各自的尺寸而言，直径优选为约0.1～5nm。推测反向电子移动防止层起到与半导体层12的氧化物半导体颗粒不同的作用。认为反向电子移动防止层起到抑制I3 －与透明电极11的接触的作用。
反向电子移动防止层的厚度优选为1nm以上且1μm以下。通过设为1nm以上，能够良好地抑制I3 －与透明电极11的接触。另外，通过设为1μm以下，能够使电子良好地向透明电极11移动。
作为具有致密的膜结构的反向电子移动防止层的制造方法，能够举例使用了包含构成目标氧化物的金属的醇化物的溶胶凝胶法。但并不限于该制造方法，能够适当参照与由微粒构成的成膜方法有关的现有技术。
在上述实施方式中，关于密封层16，对仅在由发电层14和对电极15形成的四个侧面具有密封层16的情况进行了说明，但如图2所示，密封层16也能够形成至对电极15的主面15a上的一部分，在对电极15的主面15a上的不具有密封层16的区域，也可以具有对电极15的电极露出区域15h。
这样，通过将密封层16形成至对电极15的主面15a的一部分而形成，能够牢固地形成密封层，因此，能够实现更高的耐久性。
接下来，参照图3说明本发明的染料敏化太阳能电池的另一实施方式。图3表示本实施方式的染料敏化太阳能电池的制造过程的立体图。
如图3的(a)所示，准备矩形的透明电极21。透明电极21具有第一主面21a、第二主面21k和侧面21b、21d、21e、21f。首先，在透明电极21的第一主面21a上的三角形区域21g之外的区域形成半导体层22，使光敏染料(未图示)吸附于半导体层22，通过在吸附有光敏染料的半导体层22上形成电解质层23，来形成五边形的发电层24。发电层24的侧面24b由半导体层22的侧面22b和电解质层23的侧面23b构成，发电层24的侧面24c由半导体层22的侧面22c和电解质层23的侧面23c构成。对发电层24的与侧面24b相对的侧面标注符号24e，对于发电层24的与侧面24d相对的侧面标注符号24f(第一工序)。
接下来，如图3的(b)所示，在发电层24的主面24a(参照图3的(a))上形成对电极25。按如下所述形成对电极25(第二工序)，即：使对电极25的侧面25b、25c、25d、25e和25f分别位于与发电层24的侧面24b、24c、24d、24e和24f同一面上，且对电极25的电极露出区域25h(参照图3的(c))在俯视时与发电层24的主面24a重叠。
最后，如图3的(c)所示，从透明电极21至对电极25的主面25a的一部分形成密封层26(第三工序)，以覆盖发电层24的侧面24b、24c、24d、24e和24f。
在本实施方式的染料敏化太阳能电池20中，对电极25的主面25a上的没有密封层26的区域是对电极25的电极露出区域25h。由于密封层26形成至对电极25的主面25a的一部分，所以能够使密封牢固。另外，在透明电极21的第一主面21a上的三角形区域21g中，没有密封层26的区域是透明电极21的电极露出区域21h，与上述一实施方式的染料敏化太阳能电池相比电极露出区域21h小。由于具有这种结构，能够相对于电池受光面积增大发电面积的比率，因此，能够提高发电面积效率。
＜发电面积效率＞
在本实施方式的染料敏化太阳能电池20中，透明电极21的第二主面21k侧为光入射面，如图3的(c)所示，本实施方式中的电池受光面积用L×W表示。并且，由于发电面积为从电池受光面积减去三角形区域21g的面积，因此，用L×W－((L2×W2)/2)表示，发电面积效率用L×W－((L2×W2)/2)/(L×W)×100表示。
例如，在L为10mm，W为10mm，L2为2mm、W2为2mm时，发电面积效率为98/100×100＝98％，与上述一实施方式相比，能够进一步提高发电面积效率。
在本发明的染料敏化太阳能电池中，透明电极也能够是由厚度为10nm～500nm的具有ITO(Indium Tin Oxide、氧化铟锡)的树脂薄膜构成的导电薄膜。图4表示在透明电极使用了具有ITO的树脂薄膜的情况下的染料敏化太阳能电池的截面图。
如图4所示，染料敏化太阳能电池30是在透明电极31的第一主面31a上具有由半导体层32和电解质层33构成的发电层34、对电极35的染料敏化太阳能电池。在纸面右侧的侧面，密封层36从对电极35的主面35a形成至透明电极31的侧面和透明电极31的第一主面31a，在纸面左侧的侧面中，密封层36从对电极35的主面35a形成至透明电极31的侧面和透明电极31的第二主面31k。虽然未图示，但在其他的侧面，密封层36从对电极35的主面35a形成至透明电极31的侧面和透明电极31的第二主面31k形成。并且，透明电极31的没有密封层36的区域为透明电极31的电极露出区域31h，对电极35的主面35a的没有形成密封层36的区域为对电极35的电极露出区域35h。
虽然透明电极31的第二主面31k侧为光入射面，但通过将丙烯酸树脂等透明树脂形成为密封层36，即使在透明电极31的第二主面31k上形成密封层36，也能够不减少受光面积而进行牢固地密封。
这样，通过将导电性薄膜形成为透明电极31，对搭载电池的***的薄型化有贡献，并且，由于不易破碎且减轻了电池的重量，所以具有移动性好的效果。
在此，对现有技术的染料敏化太阳能电池进行说明。图5表示现有技术的染料敏化太阳能电池的俯视图，图6表示图5中的A－A截面图。
如图5和图6所示，染料敏化太阳能电池100中，在透明电极101上具有发电层102和对电极103，发电层102的侧面位于比透明电极101和对电极103的侧面靠内侧。并且，与本发明的染料敏化太阳能电池的上述实施方式不同，透明电极101的电极露出区域101h和对电极103的电极露出区域103h在俯视时与发电层102不重叠，而是相邻地配置。
因此，与上述实施方式相比，染料敏化太阳能电池100的电池受光面积在俯视时由于透明电极101的电极露出区域101h、对电极103的电极露出区域103h和密封层104存在而变大。并且，由于密封层104存在于电池受光面积内，所以发电面积变小。例如，当将L设为14mm、W设为10mm时，电池受光面积为14×10＝140mm2。而且，发电面积L3×W3为8×8＝64mm2，发电面积效率为64/140×100＝46％。
在本发明的染料敏化太阳能电池中，由于对电极的侧面与发电层的侧面位于同一面上，所以与现有技术相比能够大幅提高发电面积效率。
本发明的染料敏化太阳能电池虽然能够用于室外用和室内用的任意装置，但特别适用于在低照度环境下的使用，优选搭载于在室内使用的电子设备等上。例如，根据本发明，在照度为200lux的低照度环境下，能够很容易地获得发电量为3.6×10－6W/cm2以上，电流值为1.05×10－5A/cm2以上的染料敏化太阳能电池。
由于本发明的染料敏化太阳能电池在低照度环境下的使用性优异，所以也能够将其搭载于电子部件中使用。作为电子零件，例如能够举例将本发明的染料敏化太阳能电池作为主电源或辅助电源组装了的无线传感器、信标(beacon)等。
【实施例】
以下，列举实施例对本发明进一步进行了具体说明，但本发明的范围不限于下面所示的具体实施例。
[实施例1]
制作图1所示形态的染料敏化太阳能电池。
在10mm×12mm×1.1mm厚度的玻璃/FTO基板的FTO表面上涂敷由钛醇盐制备的乙醇溶液，并在550℃下加热来形成反向电子移动防止层。在形成了反向电子移动防止层的FTO表面通过丝网印刷法以1cm2的面积印刷日挥触媒化成制的氧化钛膏(PST－30NRD)。此时，端部的10mm×2mm的面积作为露出电极而保留。将所涂敷的氧化钛膏连同玻璃/FTO基板在550℃下加热约30分钟，使氧化钛膏中包含的有机物成分消失。将这样获得的发电层浸渍于在以体积比率1:1混合有乙腈和叔丁醇的有机溶剂中所溶解的染料溶液(染料：CYC－B11(K)，浓度：0.2mmol/L)中，并在50℃下静置4小时来进行染料吸附。另外，在10mm×10mm×100μm厚度的钛基板的一个表面上溅射铂来制作正极。
作为固体电解质前体，将碘、1，3－二甲基咪唑碘化物(DMII)、乙腈、分子量为100万的聚环氧乙烯均匀混合。在实施了染料吸附的负极的发电层上滴加20uL的固体电解质前体，将发电层加热至100℃并保持5分钟，由此使包含在固体电解质前体中的剩余的乙腈挥发。
将形成了浸渍有固体电解质的发电层的负极恢复到室温，使其与正极的铂侧相对，将负极的露出电极部分保持2mm。此时，在真空状态下使正负极相对。通过在真空状态下使正负极相对，能够抑制向固体电解质中内包气泡。在此状态下，在负极的玻璃/FTO基板的没有露出电极的三个侧面涂敷紫外线固化树脂(商品名称“TB3017B”，三键株式会社制(ThreeBond Co.,Ltd.))，在负极的侧面和正极基板的没有铂的面的一部分照射紫外线，从而用树脂进行密封。另一方面，关于负极的露出电极部分，在负极的电极部分的一部分和正极基板的没有铂的面的一部分涂敷紫外线固化树脂，并照射紫外线，由此使树脂固化来进行密封。
在本实施例中，关于照射光的面，相对于电池的面积为12mm(L)×10mm(W)，发电面积为10mm(L1)×10mm(W)，因此，发电面积效率为100/120×100＝83.3％。
[实施例2]
制作图3所示的形态的染料敏化太阳能电池。
在10mm×10mm×1.1mm厚度的玻璃/FTO基板的FTO表面涂敷由钛醇盐制备的乙醇溶液，并以550℃下加热，由此形成反向电子移动防止层。
在形成了反向电子移动防止层的FTO表面，通过丝网印刷法以1cm2的面积印刷日挥触媒化成制的氧化钛膏(PST－30NRD)。此时，相对于一个角，长度2mm×宽度2mm的直角三角形的面积作为露出电极保留。将所涂敷的氧化钛膏连同玻璃/FTO基板以550℃加热约30分钟，使氧化钛膏中包含的有机物成分消失。将这样获得的发电层浸渍于在以体积比率1:1混合有乙腈和叔丁醇的有机溶剂中所溶解的染料溶液(染料：CYC－B11(K)，浓度：0.2mmol/l)中，在50℃下静置4小时，由此进行染料吸附。另外，相对于10mm×10mm×100μmt的钛基板的一个角切去长度2mm(L2)×宽度2mm(W2)的直角三角形的面积，制成五边形的基板。在五边形的基板的一个表面溅射铂，来制作正极。
作为固体电解质前体，将碘、1，3－二甲基咪唑碘化物(DMII)、乙腈、分子量为100万的聚环氧乙烯均匀混合。在实施了染料吸附的负极的发电层上滴加20uL的固体电解质前体，将发电层加热至100℃并保持5分钟，由此使包含在固体电解质前体中的剩余的乙腈挥发。
将形成了浸渍有固体电解质的发电层的负极恢复到室温，使其与正极的铂侧相对，以正负极的长度2mm×宽度2mm的直角三角形的面积一致的方式进行重叠。此时，在真空状态下使正负极相对。通过在真空状态下使正负极相对，能够抑制向固体电解质中内包气泡。在此状态下，在负极的玻璃/FTO基板的没有露出电极的部分的侧面涂敷紫外线固化树脂(商品名称“TB3017B”，三键株式会社制(ThreeBond Co.,Ltd.))，在负极的侧面和正极基板的没有铂的面的一部分照射紫外线，由此用树脂进行密封。另一方面，关于负极的露出电极部，在负极的电极部分的一部分和正极基板的没有铂的面的一部分涂敷紫外线固化树脂，并照射紫外线，由此使树脂固化来进行密封。
在本实施例中，关于照射光的面，相对于电池的面积为10mm(L)×10mm(W)，发电面积为10mm×10mm－(2mm×2mm)/2，因此，发电的面积效率为98％
[比较例1]
在10mm×12mm×1.1mm厚度的玻璃/FTO基板的FTO表面涂敷由钛醇盐制备的乙醇溶液，并以550℃加热来形成反向电子移动防止层。在形成了反向电子移动防止层的FTO表面通过丝网印刷法以1cm2的面积印刷日挥触媒化成制的氧化钛膏(PST－30NRD)。此时，10mm×2mm的面积作为露出电极保留。将所涂敷的氧化钛膏连同玻璃/FTO基板以550℃加热约30分钟，使氧化钛膏中包含的有机物成分消失。将这样获得的发电层浸渍于在以体积比率1:1混合有乙腈和叔丁醇的有机溶剂中所溶解的染料溶液(染料：CYC－B11(K)，浓度：0.2mmol/L)中，并在50℃下静置4小时来进行染料吸附。另外，在10mm×12mm×1.1mm厚度的玻璃/FTO基板的FTO表面溅射铂以制作正极。
将形成了浸渍有固体电解质的发电层的负极恢复到室温，以正负极的长度10mm×宽度10mm的区域重叠的方式与正极的铂侧相对。此时，在真空状态下使正负极相对。在此状态下，在长度10mm×宽度10mm的区域的四个侧面涂敷紫外线固化树脂(商品名称“TB3017B”，三键株式会社制(ThreeBond Co.,Ltd.))，并照射紫外线来进行密封。
在本实施例中，关于照射光的面，相对于电池的面积为14mm×10mm，发电面积为10mm×10mm，因此，发电面积效率为71％。

Claims (8)

1.一种染料敏化太阳能电池，其包括：
具有第一主面和第二主面的透明电极，其包含透明基板，具有形成于所述透明基板上的透明导电膜；
形成于该透明电极的所述第一主面上的作为一角的三角形区域之外的区域的发电层，该发电层由半导体层、光敏染料和电解质层构成，具有主面和侧面；和
形成于该发电层的所述主面的对电极，该对电极具有主面、侧面和电极露出区域，其中，
所述电解质层为凝胶状态或固体状态，
除所述一角以外，包括所述透明基板的侧面在内的所述透明电极的侧面、所述对电极的所述侧面和所述发电层的所述侧面位于同一面上，
所述对电极的电极露出区域在俯视时与所述发电层的所述主面的至少一部分重叠，
具有密封层，其从所述透明电极的整个侧面形成至所述对电极的整个侧面，以覆盖所述发电层的侧面，
所述密封层含有紫外线固化树脂或热固化树脂，
所述密封层以接合的方式被固接于所述透明电极的侧面、所述发电层的侧面和所述对电极的侧面，
在所述透明电极的所述第一主面上的作为一角的三角形区域中，具有没有所述密封层的所述透明电极的电极露出区域。
2.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于：
所述电解质层含有基质。
3.根据权利要求1或2所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于：
所述密封层包含反射性材料。
4.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于：
所述密封层形成至所述对电极的所述主面的至少一部分，
在所述对电极的所述主面上的不具有所述密封层的区域具有所述对电极的电极露出区域。
5.根据权利要求4所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于：
所述对电极由导电性薄膜构成。
6.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于：
所述密封层是透明的，且从所述对电极形成至所述透明电极的侧面和所述透明电极的所述第二主面上的至少一部分。
7.根据权利要求6所述的染料敏化太阳能电池，其特征在于：
所述透明电极由导电性薄膜构成。
8.一种染料敏化太阳能电池的制造方法，其特征在于，包括：
第一工序，在透明电极的第一主面上的作为一角的三角形区域之外的区域形成半导体层，使光敏染料吸附于所述半导体层，通过在吸附有所述光敏染料的所述半导体层上形成凝胶状态或固体状态的电解质层来形成发电层，其中，所述透明电极包含透明基板，具有形成于所述透明基板上的透明导电膜；
第二工序，在所述发电层上形成对电极，以使除所述一角以外包括所述透明基板的侧面在内的所述透明电极的侧面、所述发电层的侧面和所述对电极的侧面位于同一面上，且电极露出区域在俯视时与所述发电层的主面的至少一部分重叠；和
第三工序，从所述透明电极的整个侧面至所述对电极的整个侧面形成密封层，以覆盖所述发电层的侧面，
在所述透明电极的所述第一主面上的作为一角的三角形区域中，具有没有所述密封层的所述透明电极的电极露出区域。
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