光电转换器件、光电转换器件阵列、光电转换器件的制造方法以及电子设备的制作方法

专利名称：光电转换器件、光电转换器件阵列、光电转换器件的制造方法以及电子设备的制作方法
技术领域：
本发明技术涉及光电转换器件、光电转换器件的制造方法以及电子设备，并且特别涉及例如适合用作染料增感型太阳能电池的光电转换器件、光电转换器件的制造方法以及使用所述光电转换器件的电子设备。
背景技术：
因为太阳能电池是利用太阳光作为其能源将太阳光转换成电能的光电转换器件，所以它对地球环境的影响非常小。因此，预期太阳能电池将得到进ー步普及。作为现有的太阳能电池，主要使用基于单晶硅或多晶硅的晶体硅型太阳能电池以及非晶(无定形)硅型太阳能电池。 另ー方面，由Gratzel于1991年提出的染料增感型太阳能电池可以实现高光电转换效率，并且不同于过去的硅型太阳能电池，染料增感型太阳能电池的制造不需要大型装置，染料增感型太阳能电池可以低成本制造。由于上面所述的原因，染料增感型太阳能电池引起了关注。通常，染料增感型太阳能电池具有这样的结构，其中由氧化钛(TiO2)形成并且其上结合有光敏染料的多孔电极和由钼(Pt)等形成的对电极彼此相对设置，并且由电解液等形成的电解质层填充在电极之间。作为电解液，广泛使用溶解在溶剂中的包含氧化-还原物质(诸如碘⑴和碘离子(I+)等)的液体溶液。过去，染料增感型太阳能电池的多孔电极是通过在以层叠形式设置在玻璃等透明基板上的铟-锡复合氧化物(ITO)、掺氟氧化锡(VI)SnO2(FTO)等的透明电极上层叠半导体微粒而形成。然而，在染料增感型太阳能电池中，需要在从光捕获效率角度看具有高透光性的非常薄的层中形成透明电极，而这增大了透明电极的薄层电阻(sheet resistance)。这导致了当通过光照射产生的电被提取到外部时电阻损耗増大的问题。为了解决上述问题，近年来，业已提出了其中由金属制成的电线象栅格ー样铺设在透明电极表面上的结构和其中在透明电极上配置集电配线(collecting wiring line)的另ー种结构来减少电阻损耗(參考例如日本专利申请特开2006-286434号公报和特开2005-11609号公报(专利文献I和2))。因此，解决了染料增感型太阳能电池中透明电极的电阻损耗问题。

发明内容
但是，因为专利文献I和2中提出的染料增感型太阳能电池通过将由诸如银(Ag)或铝(Al)的金属制成的集电配线配置在多孔电极上来构成，所以集电配线阻挡入射光进入多孔电极。结果，多孔电极光入射面的数值孔径減少，进入多孔电极的入射光不能有效利用。这实际上降低了染料增感型太阳能电池的光电转换效率。
因此，期望提供这样ー种光电转换器件(例如染料增感型太阳能电池)以及该光电转换器件的制造方法，其中当通过光照射产生的电被提取到外部时电阻损耗低并且光入射面的数值孔径高，所以入射光可以被有效利用，并且除此之外可以实现优异的光电转换效率。还期望提供ー种高性能电子设备，其中使用了上述优异的光电转换器件。根据本文公开技术的一个实施方式，提供了一种光电转换器件，其包含设置在基板上的多孔电极和对电极、设置在多孔电极和对电极之间的电解质层、设置在其上设有多孔电极的基板面上的集电配线、以及设置在基板的光入射面上的光导结构。根据本文所公开技术的另ー个实施方式，提供了ー种光电转换器件阵列，其包含多个通过集成配线使其集电配线相互连接从而集成化的光电转换器件，其中至少ー个 光电转换器件包括设置在基板上的多孔电极和对电极、设置在多孔电极和对电极之间的电解质层、设置在其上设有多孔电极的基板面上的集电配线、设置在基板的光入射面上的光导结构、以及设置在集成配线的光入射面上的光导结构。根据本文所公开技术的另ー个实施方式，提供了一种用于制造光电转换器件的方法，其包括将在基板的光入射面上设置光导结构，在与基板的光入射面相反的面上形成集电配线，进一歩通过层叠在集电配线上形成多孔电极，并形成其中电解质层被填充到多孔电极和对电极之间的结构体。根据本文所公开技术的另ー个实施方式，提供了ー种包含至少ー个如下的光电转换器件的电子设备，所述光电转换器件包括设置在基板上的多孔电极和对电极、设置在多孔电极和对电极之间的电解质层、设置在其上设有多孔电极的基板面上的集电配线、设置在基板的光入射面上的光导结构。在本文所公开的技术中，“基板”基本上可以是任何基板，只要其上可以配置部件并且至少一部分基板能使光透过。基板通常是透明的基板，并且由透明材料、特别是平面形状的透明材料制成，从而使光很容易地透过。优选地，使基板成形为能将光导入多孔电极。然而，基板的材料和形状并不限于上述那些。换句话说，基板可以由半透明材料、不透明材料、或半透明材料或不透明材料与透明材料的组合材料构成，或者基板可以由具有曲面的形状或平面与曲面的组合形状构成。在本文所公开的技术中，术语“光导结构”可以是这样的光导结构，其为至少部分由透明材料构成的光路改变元件，被设置在光电转换器件的基板的光入射侧的面上或设置在基板的光入射侧的上方。光导结构也可以是下述这样的光路改变元件，其中基板本身是加工过的，所以透明基板本身便构成光导结构。优选地，要特别设置光导结构，从而使其由透明材料形成，以便光能很容易地透过并使入射到光电转换器件的光折射或反射，从而消除集电配线对光导通路的阻挡，从而将光导入多孔电极。然而，光导结构并不限于此，其可以由半透明材料形成。关于光导结构的材料，基本上可以使用任何材料，只要其能使光透过。然而，光导结构由能使光容易透过的材料构成。同时，关于光导结构的形状，光导结构被成形为能使入射到光电转换器件的光折射或反射，从而达到多孔电极，同时防止光导通路被集成配线阻挡，因而将光导入多孔电极。优选地，光导结构由材料制成并成形后，在可见射线范围中的透射率特别高并且防止光导通路被集电配线阻挡，因此允许光被传入多孔电极。通常，棱镜、透镜等都是可用的光导结构。然而，光导结构并不限于此。此外，光导结构可以通过使用固体或使用液体来形成。特别地，如果使用液体形成光导结构，也可以使用作为利用电润湿或电毛细管效应的光学器件的液体透镜。作为光导结构的具体形状，可包括凸形、凹形、或所述凸形与凹形组合的三维形状。特别地，柱形、锥形、双锥形、锥台形、多面体形、球形和局部球形都是可用的。特别地，如果光导结构为柱形，那么其优选具有凸底面的凸面柱形或者为具有凹底面的凹面柱形。作为底面的形状，可以选择下列中的一个或两个或更多个的组合多角形、圆形、椭圆形、局部圆形或局部缺失的圆形、局部椭圆形等。然而，光导结构的形状并不限于此。作为光导结构用的具体材料，基本上可以使用任何材料，只要其能使光透过，并且具体地，优选使用透明并因而使光能很好地透过且具有折射率的材料。特别地，透明的无机材料、透明的塑料和类似的材料都是可用的。作为透明的无机材料，例如石英玻璃、硼硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃和钠玻璃都是可用的；作为透明的塑料，例如聚对苯ニ甲酸こニ醇酯 (PET)、聚萘ニ甲酸こニ醇酯(PEN)、聚对苯ニ甲酸丁ニ醇酯(PBT)、醋酸纤维素(AC)、四こ酰基纤维素(TAC)、聚苯硫醚(PPS)、聚碳酸酯(PC)、聚こ烯、聚丙烯、聚偏氟こ烯、溴化苯醚、芳族聚酰胺、聚酰亚胺、聚苯こ烯、多烯丙基化物(polyallylates)、聚砜和聚烯烃都是可用的。然而，光导结构用的材料并不限于上面指定的物质。也可以使光导结构的一部分形成镜片或半镜面。此外，还可以在光导结构11的表面上形成多层膜或纳米尺寸的结构，来充当抗反射层。光导结构的尺寸并未特别限制，但是可以考虑光的透射率、集电配线的尺寸等适当地设计并选择。光导结构以与光电转换器件内的集电配线的安装形式相对应地设置，通常沿着设置在相对于基板的对面的集电配线，从而使入射光的光导通路可以不被集电配线阻挡。然而，同样可以通过拼贴等方式使光电转换器件聚集而构成光电转换器件阵列，可以以相对于光导通路(所述光导通路被使多根集电配线相互连接的集成配线阻挡)的安装形式成对应关系类似地安装光导结构。然而，光导结构的安装并不限于此。光电转换器件最典型地是构成太阳能电池。然而，光电转换器件可以作为太阳能电池之外的某些元件,例如可以作为光传感器。所述电子设备基本上可以是任何ー种电子设备，可以为便携式或固定式电子设备。电子设备的具体实例为移动电话、移动设备、自动机械、个人计算机、车载仪器和各种家用电器等。在此情况下，光电转换器件是例如用作上述电子设备的功率源的太阳能电池。在本文所公开的上述技术中，光导结构被设置在光电转换器件的基板的光入射面上，其中集电配线设置在基板的其上设有多孔电极的面上。因此，当通过光照射在集电配线中产生的电子被提取到外部吋，电阻损耗可以被抑制。此外，因为光转换器件使入射光折射或反射，所以可以防止光导通路被集电配线阻挡，因而允许光被传入多孔电极。总而言之，通过本文公开的光电转换器件，由于光能有效地传入多孔电极而不会被简易构成的集电配线阻挡，所以当通过光照射产生的电被提取到外部时电阻损耗低。此外，光入射面的数值孔径高，光可以被有效利用。除此之外，可以实现优异的光电转换效率。此外，通过使用这种优异的光电转换器件，可以实现具有高性能的电子设备。通过下面的描述和所附的权利要求与附图(其中类似的部件或元件用类似的參考符合表示)相结合，本发明的上述和其他特征及优点将变得更明显。


图I是根据本发明第一实施方式的染料增感型光电转换器件的截面图；图2和3是根据本发明的实施例1-1的染料增感型光电转换器件的光导结构的设计实例的截面图；图4是根据本发明的实施例1-2的染料增感型光电转换器件的光导结构的设计实例的截面图；图5是根据本发明的实施例1-3的染料增感型光电转换器件的光导结构的设计实例的截面图；图6是根据本发明的实施例1-4的染料增感型光电转换器件的光导结构的设计实例的截面图；图7是根据本发明的实施例1-5的染料增感型光电转换器件的光导结构的设计实例的截面图；图8是描绘染料增感型光电转换器件的电流-电压特性的示意图；图9是根据本发明第一实施方式的修改形式的染料增感型光电转换器件的截面图；图10是根据本发明的实施例1-6的染料增感型光电转换器件的光导结构的设计实例的截面图；图11是根据本发明的实施例1-7的染料增感型光电转换器件的光导结构的设计实例的截面图；图12是根据本发明第二实施方式的染料增感型光电转换器件的截面图；图13和14是根据本发明的实施例2-1的染料增感型光电转换器件的光导结构的设计实例的截面图；图15是根据本发明第二实施方式的修改方式的染料增感型光电转换器件的截面图；图16是根据本发明的实施例2-2的染料增感型光电转换器件的光导结构的设计实例的截面图； 图17是根据本发明的实施例2-3的染料增感型光电转换器件的光导结构的设计实例的截面图；图18是根据本发明第三实施方式的染料增感型光电转换器件的截面图；图19是根据本发明的实施例3-1的染料增感型光电转换器件的光导结构的设计实例的截面图；图20是根据本发明第四实施方式的染料增感型光电转换器件的截面图；图21是根据本发明第五实施方式的染料增感型光电转换器件的截面图；图22k至22C是根据本发明的实施例6_1的染料增感型光电转换器件的光导结构的设计实例的截面图；图23A至23D是根据本发明的实施例6_2的染料增感型光电转换器件的光导结构的设计实例的截面图；图24A至24C是根据本发明第七实施方式的染料增感型光电转换器件阵列的截面图；以及图25和26是现有技术的染料增感型太阳能电池的光导结构的截面图。优选实施方式的详细描述图25显示了普通染料增感型太阳能电池100的结构的主要部分的截面图。參考图25，在该染料增感型太阳能电池100中，FTO层的透明电极102被设置在透明基板101的ー个主表面上，由TiO2烧结体构成的多孔电极103被设置在透明电极102上。ー种或多种光敏染料(未示出)被结合到多孔电极103上。另ー方面，透明导电层被设置在对向基板104的ー个主表面上，对电极105被设置在该透明导电层上。此外，由其中使用了 1-/13_的氧化/还原物质作为氧化还原对的电解液制成的电解质层107被填充到透明基板101上的多孔电极103和对向基板104上的对电极105之间，透明基板101和对向基板104的外周用密封剂(未示出)密封。 如果光被传入多孔电极103，则染料增感型光电转换器件100作为其中透明电极102和对电极105分别充当负极和正极的电池工作。具体地，当结合到多孔电极103的光敏染料吸收穿过了透明基板101和透明电极102之后进入多孔电极103的光子时，光敏染料中的电子受激从基态(HOMO)跃迁到激发态(LUMO)。由此激发的电子经由光敏染料和多孔电极103之间的电耦合被吸引到形成多孔电极103的TiO2的导带，并穿过该多孔电极103，到达透明电极102。另ー方面，失去其电子的光敏染料根据如下反应从电解质层7中的还原剂(例如D获取电子，从而在电解质层7中形成氧化剂，例如13_(12与1_的结合离子)2Γ — I2+2e_Ι2+Γ — I3'由此生成的氧化剂扩散到达对电极105，然后通过上述反应的逆反应从对电极105获取电子，从而被还原成初始状态的还原剂If — Ι2+ΓI2+2e_ — 2Γ。从透明电极102送出到外部电路的电子在外部电路中做电功，然后返回到对电极105。以这种方式，光能被转换成电能，而不在光敏染料和电解质层107中留下任何变化。以这种方式，由于通过光敏作用产生的电子穿过多孔电极103到达透明电极102，随后被送出到外部电路，所以为了提高染料增感型太阳能电池100的光电转换效率，重要的是将电子产生的能量无损失地提取到外部。为了这个目的，重要的是尽可能地降低作为电子提取路径的透明电极102的内部电阻，从而抑制电阻损耗。然而，由于透明电极102显示出显著的光透射损失，为了最大化利用输入透明基板101的光，重要的是形成非常薄的透明电极102。因此，事实上，透明电极102的电阻比较闻。如图26所示，当所产生的电子被吸引到外部时，为了抑制能量损失，在多孔电极103的光接收面上设置带状槽，并在透明电极102上形成具有高导电性的由银(Ag)等制成且与带状槽相配合的集电配线108。由于集电配线108对构成电解质层107的电解液的耐化学性通常很低，所以提供了集电配线保护层109来保护集电配线108不受电解液的影响。因此，通过提供集电配线108，电子从多孔电极103穿过具有高导电性的集电配线108达到透明电极102，当所产生的电子被吸引到外部时，能量损失降低。然而，由于集电配线108由遮光性材料(例如金属)构成并以占据固定面积的状态设置在多孔电极103的光接收面的上部，如图26所示，入射到透明电极102的光被集电配线108或集电配线保护层109的阻挡，不能到达多孔电极103。因此，多孔电极103上存在不能导致发电的区域。换句话说，光接收面上光电转换区域的面积減少。例如，假设，通常可以近似为校准平行光的光垂直入射到透明基板101，多孔电极103的宽度设为5mm而集电配线108的宽度设为I. 5mm，除此之外，集电配线108重复设置在透明电极102上。如果假设，在其中没有设置集电配线108的情况下光入射面的数值孔径为100%，那么在上述情况下，随后通过设置集电配线108，数值孔径降至76.9%，数值孔径的降低导致光电转换效率降低，因此导致发电效率降低。因此，本发明的发明人提出，通过设置在透明基板101中、透明基板101上或透明基板101上方的光导结构来改变被集电配线108阻挡且不能导致发电的入射光的光导通 路，以避免入射光被集电配线108阻挡，从而将入射光导入作为发电区的多孔电极103，从而使光进入光入射面时的数值孔径理论上为100%。下面将描述用于实施本发明的实施方式。应该注意，以如下次序进行描述。I.第一实施方式(染料增感型光电转换器件及其制造方法)第一实施方式的修改(染料增感型光电转换器件及其制造方法)2.第二实施方式(染料增感型光电转换器件及其制造方法)第二实施方式的修改(染料增感型光电转换器件及其制造方法)3.第三实施方式(染料增感型光电转换器件及其制造方法)4.第四实施方式(染料增感型光电转换器件及其制造方法)5.第五实施方式(染料增感型光电转换器件及其制造方法)6.第六实施方式(染料增感型光电转换器件及其制造方法)7.第七实施方式(染料增感型光电转换器件阵列及其制造方法)〈I.第一实施方式>染料增感型光电转换器件图I是根据第一实施方式的染料增感型光电转换器件10的主要部分的截面图。參考图I，在所示的染料增感型光电转换元件10中，透明电极2被设置在透明基板I的ー个主表面上，其上设有集电配线保护层9的多根集电配线8相互间以预定的间隔关系设置在透明基板I的设有透明电极2的面上。多孔电极3被设置在透明基板I的设有集电配线8的表面上。ー种或多种光敏染料(未示出)被结合到多孔电极3上。此外，具有凸三维形状的光导结构被设置在透明基板I的与设有集电配线8的那面相反的面上。同时，透明导电层被设置在对向基板4的ー个主表面上，对电极5被设置在该透明导电层上。由电解液制成的电解质层7被填充到透明基板I上的多孔电极3和对向基板4上的对电极5之间，并且透明基板I和对向基板4的外周用密封剂(未示出)密封。作为多孔电极3，通常使用其中半导体微粒被烧结的多孔半导体层。光敏染料吸附在半导体微粒的表面上。可用作半导体微粒的材料的半导体为以硅为代表的单质半导体、化合物半导体和具有钙钛矿结构的半导体等。这些半导体优选是η型半导体，其中，导带电子在光激发下起到载流子的作用，从而产生阳极电流。更具体地，使用例如下列半导体氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)、氧化钨(WO3)、氧化铌(Nb2O5)、钛酸锶(SrTiO3)和氧化锡(SnO2)。在上述这些半导体中，优选使用TiO2，尤其是锐钛矿型Ti02。然而，半导体的种类并不限于此，如果需要时，两种或更多种上述的半导体也可以混合或复合使用。此外，半导体微粒的形式可以是粒状形式、管状形式、棒状形式等中的任何ー种。尽管半导体微粒的粒径没有特别限制，然而，初级颗粒的粒径优选为I至200nm，更具体地其粒径为5至lOOnm。半导体微粒也可以与尺寸比该半导体微粒大的颗粒混合，从而使入射光被混合颗粒散射，从而改善量子收率。在这种情况下，与之混合的颗粒的平均粒径优选为20至500nm，然而，其并不限于此。为了使多孔电极3尽可能地结合更多的光敏染料，多孔电极3优选具有大的净表面积，所述净表面积包括在由半导体微粒制成的多孔半导体层内面向孔洞的微粒表面的面积。因此，在透明基板I上形成的多孔电极3的净表面积优选是多孔电极3的外表面积(投 影面积)的至少10倍或更大，更优选至少100倍或更大。尽管该比值并没有上限，但通常该比值为约1000倍。通常，当多孔电极3的厚度増大并且单位投影面积中所含的半导体微粒的数量增加时，净表面积増大，并且单位投影面积可以保持的光敏染料的量也増大，从而使光吸收率増加。另ー方面，如果多孔电极3的厚度増大，那么在电子在到达集电配线8或透明电极2之前从光敏染料迁移到多孔电极3要扩散的距离増大。从而，由于在多孔电极3中电荷重组而引起的电子损失也増大。因此，对于多孔电极3的厚度来说，存在优选范围，该厚度通常为O. I至100 μ m,更优选为I至50 μ m，最优选为3至30 μ m。作为构成电解质层7的电解液，可用的是含有氧化还原体系或还原氧化对的溶液。作为氧化还原体系，可以使用碘(I2)和金属碘盐或有机碘盐的组合、溴(Br2)和金属溴盐或有机溴盐的组合等。构成金属盐的阳离子可以为例如锂(Li+)、钠(Na+)、钾(K+)、铯(Cs+)、镁(Mg2+)或钙(Ca2+)。同时，作为构成有机盐的阳离子，可以使用季铵离子，诸如四烷基铵离子、吡啶鎗颗粒或咪唑鎗颗粒，所述离子可以单独使用，或者可以两种或更多种作为混合物使用。对于构成电解质层7的电解液来说，除了上面指定的离子之外，金属络合物(例如氰亚铁酸盐和氰铁酸盐的组合或ニ茂铁与ニ茂铁鎗离子的组合)、硫化物(例如多硫化纳)、烧基硫醇和烧基_■硫化物的组合、紫精染料以及氧醒和醒的组合等都可以使用。作为构成电解质层7的电解质，特别是在所述物质中，优选使用碘(I2)与碘化锂(LiI)、碘化钠(NaI)或诸如碘化咪唑鐵的季铵化合物组合来构成电解质。优选地。电解质盐的浓度相对于溶剂为0.05M-10M，并且更优选为O. 2M-3M。碘(I2)或溴(Br2)的浓度优选为 O. 0005M-1M,并且更优选为 O. 00IM-0. 5M。透明基板I并未特别限定，只要所用材料及形状允许光线容易穿过即可，可以使用各种基板材料。然而，特别优选使用对可见光具有高透射率的基板材料。此外，透明基板I是由对易于侵入染料增感型光电转换器件的水或气体具有高阻挡性且具有优异的耐溶剂性和耐候性的材料制成。更具体地，用作透明基板I的材料为透明的无机材料，诸如石英和玻璃；以及透明的塑料，诸如聚对苯ニ甲酸こニ醇酯、聚萘ニ甲酸こニ醇酯、聚碳酸酷、聚苯こ烯、聚こ烯、聚丙烯、聚苯硫醚、聚偏氟こ烯、醋酸纤维素、溴化苯醚、芳族聚酰胺、聚酰亚胺、聚苯こ烯、多烯丙基化合物(polyallylates)、聚砜和聚烯烃。透明基板I的厚度并未特别限定，可以根据透光率和在光电转换器件内外部之间的阻隔性能来对其进行适当选择。此外，透明基板I的厚度优选为O.更优选为O.最优选为
O. 5mm-1. 5mm。然而,透明基板I的厚度并不限于这些值。设置在透明基板I主表面上的透明电极2优选具有较低的薄层电阻。具体地，透明电极2的薄层电阻优选低于500 Ω/ □，更优选其薄层电阻低于100 Ω / ロ。作为形成透明电极2应用的材料，可以使用已知的材料并根据需要适当选择。具体地，用于形成透明电极2的材料可以为铟锡复合氧化物(ITO)、氟掺杂的锡氧化物(IV) SnO2(FTO),锡氧化物(IV)SnO2、锌氧化物(II)ZnO以及铟锌复合氧化物(IZO)等。然而，用于形成透明电极2的材料并不限于上述材料，其中的两种或更多种可以组合使用。各集电配线8优选为柱形，并且底面形状可以是下列中的ー种或其组合三角形、矩形、梯形、多边形、圆形、椭圆形或任意形状的一部分。集电配线8中底面的形状和面积可以是固定的或不同的。此外，尽管各集电配线可以沿其底面或其横截面的法线方向延伸，但也可以沿任意角度延伸以形成弯曲的柱形。然而，集电配线8并不限于上述那些结构，其可 以具有覆盖至少一部分透明基板I或透明电极2的平面形状或曲面形状。各集电配线8基本上可以任意安装形式安装，只要其与多孔电极3接触。通常，各集电配线8以下列方式设置至少使其一个面与透明基板I或透明电极2的至少一部分接触，并且使其除了与透明基板I或透明电极2接触的面之外的其他面与多孔电极3接触。例如，如果设置在透明基板I或透明电极2上的集电配线8是柱体，其以这样的形式设置，使柱体的一个侧面或柱体一个侧面的至少部分与透明基板I或透明电极2接触。集电配线8通常以下列安装形式设置，其以带状形式、线性形式、曲线形式等形式中的一种或多种的组合平行安装在透明基板I的ー侧，并与设置在多孔电极3上的槽相匹配。然而，集电配线8的安装形式不限于此。此外，如果集电配线8被成形为电极，那么使用集电配线8作为负极(优选地通过使所述集电配线8相互连接而不在染料增感型光电转换器件10上设置透明电极2)吋，电子可以被吸引到染料增感型光电转换器件10的外部。在这种情况下，尽管集电配线8被设置为与其上设有多孔电极3的透明基板I的表面上的多孔电极3相接触，但集电配线8的安装并不限于此，集电配线8或者可以设置在多孔电极3内。特别地，如果集电配线是柱体并且底面形状为矩形，那它们的安装形式优选为相互间以预定间隔的关系以帯状形式或线性形式设置。集电配线8的具体尺寸为在底面纵向(该方向被定义为集电配线8的宽度方向)延伸的面的长度优选在O. 01-5mm的范围内，更优选在O. 05-lmm的范围内。此外，在底面侧向(该方向被定义为集电配线8的厚度方向)延伸的面的长度优选在1-30 μ m的范围内，更优选在5-10 μ m的范围内。在这种情况下，各集电配线8以下列方式设置其与底面宽度方向的边相对应的侧面与透明基板I或透明电极2接触。此外，例如，如果底面为梯形，那么底面的边与透明基板I或透明电极2接触处的截面形状的高度优选在1-30 μ m的范围内，更优选在5-10 μ m的范围内。此外，例如，如果截面形状为三角形，那么截面形状的边与透明基板I或透明电极2接触处截面形状的高度优选在1-30 μ m的范围内，更优选在5-10 μ m的范围内。此外，在上述集电配线的具体实例中，底面延伸方向上集电配线的长度(即，集电配线的纵深方向)应基于透明基板I的形状、透明电极2的形状、集电配线8的配置等适当地确定。然而，长度的确定不仅基于这些。例如，如果集电配线8为平面形状(例如片状)，并且其能有效地采用如下的结构在集电配线8上设置空腔从而允许入射光透过，例如将集电配线8配置成犬牙交错状(houndstooth-like)同时在各集电配线8的面上设置多个空腔。集电配线8的宽度、厚度和深度长度可以优选在上述范围内适当地确定。应当注意，在其中各透明基板I、透明电极2和光导结构11都是直柱体的情况下，集电配线8的宽度方向、厚度方向和纵深方向是它们共有的，并且在下文分别被称为“宽度方向”、“厚度方向”和“纵深方向”。构成集电配线8的材料从具有高导电性的材料中适当地选择，特别是使用金属材料、碳材料、导电聚合物材料等。金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、锌(Zn)、铁(Fe)、钼(Pt)、铝(Al)等可用作金属材料。然而，集电配线8用的材料并不限于此。由于与多孔电极3接触的集电配线8的面通常与构成电解质层7的电解液等接触，如果耐电解液性低或耐溶剂性低的材料被选作集电配线8用的材料，那么可以在集电配线8的上述面上设置用于保护集电配线8免受电解液等影响的集电配线保护层9。所形成的集电配线保护层9通常覆盖集电配线的整个表面或与多孔电极3接触的那些面。然而，集电配线保护层9的形式不限于此。集电配线保护层9所用的材料从具有优异的耐电解液性和耐溶剂性的材料中适当地选择。具体地，可以使用金属氧化物材料或金属材料。作为金属氧化物材料，可以使用氧化招(Al2O3)、氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)、氧化鹤(WO3)、氧化银(Nb2O5)、钛酸银(SrTiO3)和氧化锡(SnO2)等。同样，作为金属材料，可以使用例如钛(Ti)、镍(Ni)、铌(Nb)、钽(Ta)、钨(W)、不锈钢(SUS)、铟-锡复合氧化物(ITO)等。然而，集电配线保护层9用的材料不限于上面所指定的那些。各光导结构11基本上可以是任意结构，只要其具有凸三维形状并且能使光透过。从上面所列的材料中适当地选择材料构成光导结构11，并且其形状为具有关于直线对称(即线对称)形状的底面的柱体。然而，光导结构11的形状并不限于此，也可以是不对称形状或可以是锥体或多面体。此外，光导结构11被设置在透明基板I的光入射侧的面上，优选地沿着设置在透明基板I上与光入射侧的面相反的面上的集电配线8设置。如果各光导结构11都是柱体并且具有形状相对于直线呈对称的底面，那么最优选其以下列方式设置集电配线8的底面在宽度方向上的中心轴和光导结构11的底面在宽度方向上的中心轴位于在同一直线上。然而，光导结构11的安装并不限于此。此外，透明基板I可以被加工以在透明基板I上提供凸面或凹面，从而使透明基板I本身充当光导结构11。特别地，如果凸部或凹部的垂直断面具有关于直线对称的形状，该透明基板I优选地以下列方式设置各集电配线8的底面在宽度方向上的中心轴和各凸部或凹部的对称轴位于在同一直线上。此外，除了上述之外，根据光导结构11的安装位置、透明基板I的构成、集电配线的形状等适当地设计并选择光导结构11的形状。特别地，选择可以避免入射到光导结构11的光的光导通路被集电配线8阻挡且使光可以最有效地导入多孔电极的形状。特别地，优选使集电配线8的宽度等于光导结构11的宽度。光导结构11的尺寸为，如果它们是柱形棱镜，优选底面宽度为O. l_5mm，底面厚度为O. 深度为10-500mm,更优选底面宽度为O. 1-0. 8mm,底面厚度为O. l_lmm，深度为 100_500mm。最优选，底面宽度为O. 1-0. 4mm,底面厚度为O. 1-0. 5mm,深度为200-400mm。另ー方面，如果设置在透明基板I上的光导结构11设有凸面，优选凸部的宽度为O. l-5mm,凸部的深度为O. l-5mm,纵深为10-500mm,更优选，凸部的宽度为O. 1-0. 8mm,凸部的深度为O. 1-0. 5mm,纵深为100_500mm。最优选，凸部的宽度为O. 1-0. 4mm,凸部的深度为O. 1-0. 4mm，纵深为200-400mm。然而，光导结构11的形状和尺寸并不限于上面所列的形状和尺寸。还可以在透明基板I或光导结构11的光入射侧的面上设置抗反射层20，所述抗反射层20是由至少ー个层形成的多层膜或是纳米尺寸的结构。如果抗反射层20是多层膜，尽管设在透明基板I和光导结构11上的抗反射层20优选分别最优化设计，但抗反射层20不限于此。另ー方面，如果抗反射层20是由纳米尺寸的结构(例如蛾眼结构)形成，那么设置在透明基板I和光导结构11上的抗反射层20可以通过使用相同结构的纳米尺寸结构来构成而不用分别最优化设计，因为原则上蛾眼结构显示出低的入射角依赖性。然而，抗反射层20并不限于此。本文描述了其中光导结构11被配置成特别的凸形(棱镜)的光导结构11的设计实例。
光导结构11被设置在透明基板I的入射光侧且与集电配线8相对于透明基板I相反的的面上，可以下列方式设计。此外，在这种情况下，尽管假设入射光是从与透明基板I垂直的方向入射，但进入光导结构11的入射光并不限于此，光导结构11同样可以针对来自斜向的入射光类似地设计。 如果集电配线8的宽度和厚度分别用L1和L2表示，光导结构11的宽度和厚度分另Ij用L3和L4表示，透明基板I的厚度用L5表示，空气的折射率用na表示，光导结构11的折光率用np表示，当光从空气入射到光导结构11时界面处的入射角用Q1表示，出射角用θ2表示，那么根据斯涅耳定律(Snell’ s law)满足下面的表达式nasin Θ l = npsin Θ 2 (I)此外，如果透明基板I的折射率用ng表示，当光从光导结构11入射到透明基板I时界面处的入射角和出射角分别用φ 和φ2表示，那么根据斯涅耳定律(Snell’s law)满足下面的表达式npsin Φ i = ngsin Φ 2 (2)其中，(J)1 = Θ r Θ 2(3)其中，在光导结构11被设置在透明基板I上的情况下，从光导结构11在宽度方向的输入端入射的光被导入且经过光导结构11时，如果沿光通路的距离的宽度方向分量用Lp表示，当光被导入且经过透明基板I时，沿光通路的距离的宽度方向分量用Lg表示，那么为了避免集电配线8阻挡光导通路，需要满足下列表达式
tom] L1——1~—< L广 Lg(4)
ム 此外，如果考虑平行光入射到光导结构11的顶部，由于它们变成反转辐射的光，所以更大量的入射光沿着绕过集电配线8的光通路经过。然而，如果光导结构11的厚度L4变得过大，那么光被光导结构11内的垂直面反射，不能有效地导入多孔电极3。为了避免这种情况，当光经过光导结构11时，沿光通路的距离的宽度方向分量Lp’必须满足下面的表达式
Lp'= L4 Ian((^)1) <(5)
ム在本实施方式的染料增感型光电转换器件10中，适当地确定集电配线8的宽度L1和厚度L2、光导结构11的宽度L3和厚度L4、透明基板I的厚度L5、光导结构11的折射率np、透明基板I的折射率ng、光入射到光导结构11时界面处的入射角Θ i以及光导结构11的安装位置，从而满足上面给出的表达式(4)和(5)。然而，光导结构11的设计方法不限于此。要结合到多孔电极3上的光敏染料并不特别限定，只要其具有敏化作用即可，优选使用具有用于吸附在多孔电极3的表面上的酸官能团的光敏染料。通常，光敏染料优选具有羧基、磷酸基等，特别优选的是具有羧基的光敏染料。作为光敏染料的具体实例，可以使用咕吨类染料，如罗丹明B、玫瑰红、曙红和赤藓红；菁类染料，如份菁、醌菁和隐菁；碱性染料，如酚藏花红、卡普里蓝、硫菌素(thiocine)和亚甲基蓝；卟啉类化合物，如叶绿素、ロ卜啉锌和卟啉镁。作为其他光敏染料的实例，可以使用偶氮染料、酞菁化合物、香豆素类化合 物、卩比唳配合物、蒽醌类染料和多环醌类染料。在这些中，具有至少ー种选自Ru、0s、Ir、Pt、Co、Fe和Cu的金属并且其配体包括吡啶环或咪唑环的络合物染料由于其量子收率高而是优选的。特别地，具有顺式-双(异硫氰酸根合)-N，N-双(2，2’ -联吡啶基-4，4’ - ニ羧酸)钌(II)或三(异硫氰酸根合)-钌(II)-(2，2’ 6’，2”-三联吡啶基-4，4’，4”-三羧酸)的基本骨架的染料分子由于它们的宽吸收波长范围而是优选的。然而，光敏染料并不局限于此。尽管通常使用上述物质中的一种作为光敏染料，但是两种或更多种物质也可以混合使用。在两种或更多种上述光敏染料混合使用时，光敏染料优选具有引起MLCT (金属到配体电荷转移)性质的无机络合染料和保持在多孔电极3上并且具有分子内CT(电荷转移)性质的有机分子染料。在这种情况下，无机络合染料和有机分子染料分别以不同的构型吸附在多孔电极3上。无机络合染料优选具有羧基或膦酰基作为用于结合到多孔电极3上的官能团。有机分子染料优选具有在同一碳原子上的羧基或膦酰基和氰基、氨基、硫醇基或硫酮基(thione group)作为用于结合到多孔电极3的官能团。无机络合染料例如为多吡啶络合物，而有机分子染料例如为具有电子供应基团和电子接受基团且具有分子内CT性质的芳族多环共轭分子。尽管用于将光敏染料吸附到多孔电极3上的方法并未限定，可以将任何光敏染料溶解在溶剂诸如醇类、腈类、硝基甲烷、卤代烃类、醚类、ニ甲基亚砜、酰胺类、N-甲基吡咯烷酮、1，3_ ニ甲基咪唑啉酮、3-甲基噁唑啉酮、酯类、碳酸酯类、酮类、烃类和水中；然后将多孔电极3浸没在该溶液中，或者将含有光敏染料的溶液涂覆在多孔电极3上。此外，可以添加脱氧胆酸等，以减少光敏染料分子间的缔合。如果需要，还可以附加地使用UV吸收剂。使光敏染料吸附到多孔电极3上之后，可以用胺对多孔电极3的表面进行处理，从而促进去除过量吸附的光敏染料。其中胺的实例为4-叔丁基吡啶、聚こ烯基吡啶等。当其为液体形式时可以原样使用，或者，可以溶解在有机溶剂中之后一起使用。尽管对电极5可以使用任何材料构成，只要其为导电物质，然而如果面对电解质层7的ー侧由绝缘材料制成，也可以使用在绝缘材料上的导电层。优选使用电化学稳定的材料作为对电极5的材料，特别地，期望使用钼、金、碳、导电聚合物等。此外，为了改善对电极5中的氧化还原反应的催化作用，在与电解质层7接触的对电极5的表面上形成微细结构，以增大净表面积。例如，对电极5的表面优选这样形成,如果对电极5由钼制成，则钼为钼黑状态；如果对电极5由碳制成，则碳为多孔碳的状态。钼黑可以通过钼的阳极氧化涂布法、氯钼酸处理等方法形成。同时，多孔碳可以通过例如烧结碳微粒或燃烧有机聚合物来形成。 尽管对电极5在透明导电层上形成，而透明导电层在对向基板4的ー个主表面上形成，然而，对电极5的形成并不限于此。作为对向基板4用的材料，可以使用不透明的玻璃、塑料、陶瓷、金属材料等，也可以使用诸如透明玻璃、塑料等透明材料。作为透明导电层，可以使用与透明电极2类似的导电层。作为密封介质用的材料，使用具有耐光性、绝缘性、防湿性等的材料。可用的密封介质的实例为环氧树脂、紫外线固化树脂、丙烯酸树脂、聚异戊ニ烯树脂、EVA(こ烯こ酸こ烯酯)、离聚物树脂、陶瓷、各种热熔融的膜等。此外，注入电解液吋，需要ー个注入ロ。然而，注入ロ的位置并未特别限制，只要该 ロ未设置在多孔电极3上或在与多孔电极3相对的对电极5的表面上。此外，电解液填充的方式没有特别限制，然而，优选使用下列方法在降低的压カ下将电解液填充到外周预先被密封而溶液注入ロ处于打开状态的光电转换器件中。在这种情况下，通过将几滴溶液滴入注入ロ，从而使液体通过毛细管作用填充的方法很简便。此外，根据需要，液体的注入操作也可以在减压或加热状态下进行。溶液完全注入之后，除去留在注入ロ的溶液并密封该注入ロ。尽管密封的方法也未特别限制，然而，如果需要，可以通过将玻璃板或塑料基板与密封剂粘附来进行密封。此外，可以使用如下方法进行密封将电解液滴在基板上，然后在减压条件下粘附玻璃板或塑料基板，如在液晶面板的液晶滴下注入(0DF，一次滴加填充)步骤ー样进行密封。根据需要，密封之后可以进行加热或加压操作以确保电解液完全浸透多孔电极3。染料增感型光电转换器件的制造方法现在描述染料增感型光电转换器件10的制造方法。首先，将玻璃材料加工成形为期望的凸三维形状，从而形成光导结构11。对于光导结构11的形成来说，可以适当地选择使用已知技木。例如，可以使用浇铸成形、切割成形、模压成形和注射成形。尽管光导结构11优选通过透明或光固化树脂分配的流动法或纳米压印法形成，但光导结构11的形成方法不限于此。随后，将玻璃板切成期望的尺寸以得到透明基板I。随后，将光导结构11连接到透明基板I的ー个主表面上。作为连接方法，可以选择使用已知方法中适合的方法。例如，可以使用粘附、熔合和光学焊接，但光导结构11的连接方法不限于此。光导结构11的连接可以在后面的步骤或在染料增感型光电转换器件10完成之后进行，除非连接需要特殊的环境(例如高温或高压)。还可以，作为上述步骤的替代，通过将透明基板I加工成凸三维形状来形成光导结构11。如果透明基板I被加工形成光导结构11，加工方法是从已知的方法中适当选择，例如可以使用切割成形或模压成形。然而，透明基板I的加工方法不限于此。随后，在透明基板I上与设置光导结构11相反的面上通过溅射等形成透明电极2。在集电配线8相互连接形成电极的情况下，所述步骤可省略。随后，将铝(Al)以期望的图案真空蒸镀到透明基板I或透明电极2上以形成集电配线8。此外，通过热处理、电处理或化学处理来氧化集电配线8的表面，从而形成集电配线保护层9。随后，将多孔电极3形成在透明基板I的设有集电配线8的面上。尽管用于形成多孔电极3的方法并不具体限定，但是，考虑到物理性质、方便性、制造成本等因素，优选使用湿法成膜方法。湿法成膜方法是这样的方法，其中，将半导体微粒的粉末或溶胶均匀地分散在溶剂诸如水中，从而制成膏状分散体溶液，然后将该分散体溶液涂布或印刷到透明基板I或透明电极2上。分散体溶液的涂布方法或印刷方法并不具体限定，可以使用已知方法。具体地，作为涂布方法，可以使用例如浸涂法、喷涂法、线棒法、旋涂法、辊涂法、刮涂法或凹板涂覆法。同时，作为印刷法，可以使用凸版印刷法、平版印刷法、照相凹板印刷法(gravureprinting)、凹版印刷法(intaglio printing)、橡胶板印刷法或丝网印刷法。如果锐钛矿型TiO2被用作半导体微粒材料，所用的锐钛矿型TiO2可以是粉末形式、溶胶形式或浆料形式的商品，或者，可以使用通过已知方法形成的具有 给定粒径的锐钛矿型TiO2，例如通过水解氧化钛醇盐的方法。使用市售粉末产品时，优选消除颗粒的二次团聚；在制备膏状分散体溶液时，优选使用研钵、球磨机等来碾碎颗粒。同时，为了防止已消除二次团聚的颗粒再次团聚，可以添加こ酰丙酮、盐酸、硝酸、表面活性剂或螯合剂等至膏状分散体溶液。此外，为了增加膏状分散体溶液的粘度，还可以向膏状分散体溶液中添加多种增稠剂，例如高分子聚合物(包括聚环氧こ烷和聚こ烯醇)或纤维素基增稠剂。在将半导体微粒涂布或印刷到透明基板I或透明电极2之后，优选使多孔电极3的半导体微粒相互电连接。此外，优选对多孔电极3进行烧结，从而改善多孔电极3的机械強度，并且改善多孔电极3对透明基板I或透明电极2的粘附性。尽管对烧结温度的范围并无特别限定，然而，在多孔电极3形成在透明电极2上的情况下，如果温度过高，则透明电极2的电阻増大，还可能导致透明电极2熔融。因此，温度范围通常优选为40至700°C，更优选为40至650°C。此外，对烧结时间也无特别限定，烧结时间通常为约10分钟至10小时。烧结之后，可以进行浸溃处理，例如用四氯化钛的水性溶液或直径为IOnm或更小的氧化钛超细颗粒的溶胶中，以增加半导体微粒的表面积或提高半导体微粒间的缩颈(necking)。在形成透明电极2的情况下,如果塑料基板被用作支撑透明电极2的透明基板1，可以通过使用含有粘结剂的膏状分散体溶液在透明电极2上形成多孔电极3的膜，并且通过热压将多孔电极3层压到透明电极2上。随后，通过下列方法使光敏染料结合到多孔电极3上将其上形成了多孔电极3的透明基板I浸没在含有溶解在给定溶剂的光敏染料的溶液中。另ー方面，透明导电层和对电极5通过溅射等相继形成在对向基板4上。随后,透明基板I和对向基板4以下列方式布置其中多孔电极3和对电极5以1-100 μ m、优选1_50 μ m的给定间距彼此相对设置。然后，在透明基板I和对向基板4的外周形成密封材料(未示出)，以产生要填充的电解质层7的空间。随后，电解液通过例如预先在透明基板I上形成的注入ロ(未示出)填充到该空间中，从而形成电解质层7。之后合上所述注入ロ。在集电配线8相互连接来形成电极的情况下，集电配线8适合通过集成配线等相互连接。
按上述方法制造意欲得到的染料增感型光电转换器件。染料增感型光电转换器件的操作下面将描述染料增感型光电转换器件的操作。当光入射到染料增感型光电转换器件时，染料增感型光电转换器件作为其中对电极5充当正极和透明电极2或集电配线8充当负极的电池工作。在这种情况下工作原理如下所述。应当注意，在本文中我们假设，使用铝(Al)作为集电配线8的材料；FTO作为透明电极2的材料；Ti02作为多孔电极3的材料；1_/13_氧化/还原物质作为氧化还原对。但是，材料并不局限于此。此外，我们假设将ー种光敏染料结合到多孔电极3上。此外，除了具体例子外，我们假设，当光入射到透明基板I或光导结构11时，通常近似为校准平行光的光垂直传入透明基板I中。
当结合到多孔电极3的光敏染料吸收穿过了透明基板I和光导结构11被部分传入多孔电极3上的光子时，光敏染料中的电子受激从基态(HOMO)跃迁到激发态(LUMO)。由此激发的电子经由光敏染料和多孔电极3之间的电耦合被吸引到形成多孔电极3的TiO2的导带，并穿过该多孔电极3，到达集电配线8或透明电极2。另ー方面，失去其电子的光敏染料例如根据如下反应从电解质层7中的还原剂(例如Γ)获取电子，从而在电解质层7中形成氧化剂，例如I3II2与Γ的结合离子)21 — I2+2eΙ2+Γ— I3'由此生成的氧化剂扩散到达对电极5，然后通过上述反应的逆反应从对电极5获取电子，从而被还原成初始状态的还原剂If— Ι2+ΓI2+2e-—2Γ。从透明电极2送出到外部电路的电子在外部电路中做电功，然后返回到对电极5。以这种方式，光能被转换成电能，而不在光敏染料或电解质层7中留下任何变化。实施例1-1按下列方式制造染料增感型光电转换器件10。首先，制备并加工无色透明的玻璃材料，从而形成光导结构11。各光导结构11都具有下列形状具有五角形底面且从底面垂直延伸的直柱体。光导结构11的底面具有关于直线对称的形状，其中五个角中的三个角是90°，其余两个角是135°。与相对端角为90°的边相对的角用顶角Gt表示，光导结构11的底面宽度L3等于集电配线8的宽度“。此夕卜，集电配线的纵深用L6表示，在本实施例中制造的光导结构11中，其中L3 = O. 4mm,L6 =40mm且0t = 9O° ,厚度L4 = O. 21mm且折射率np = I. 49。下文将详细描述光导结构11的设计方法。随后，I. Imm厚的无色透明玻璃板11被切成纵向为40mm且横向为42. 8mm的尺寸，来制备透明基板I。随后，通过熔合将透明基板I的ー个主表面和光导结构11中与顶角相対的侧面连接在一起。将7个这种光导结构11以5_的间隔设置在透明基板I上，从而使光导结构11的纵向平行于纵深方向延伸而未伸出透明基板I。应当注意，透明基板I上设有8个所述5mm的间隔。
随后，在透明基板I上与设有光导结构11的光入射侧的面相反的那面上设置通过溅射形成作为透明导电层的FTO层，从而形成透明电极2。随后，将铝(Al)真空沉积到透明基板I或透明电极2上以形成集电配线8。集电配线8的样式为具有O. 4mm宽和10 μ m厚的长方形底面且在纵深方向延伸40mm的直柱体。7根这种集电配线8以5mm的间隔设置在透明基板I上，从而使其在宽度方向的中心轴与光导结构11的中心轴一致。在将7根这种集电配线8以5mm的间隔设置在透明基板I上且不设置光导结构11的情况下，染料增感型光电转换器件10的光入射面相对于入射光的数值孔径为93. 5%。此外，通过热氧化法等使集电配线8的表面氧化，从而形成集电配线保护层9。集电配线8形成在透明电极2的如下位置上在相对于透明基板I与光导结构11的相反面的透明电极2上使集电配线8的底面在宽度方向的中心轴与光导结构11的对称轴成一条直线的位置处。下面描述了根据实施例1-1的染料增感型光电转换器件10的光导结构11 的设计方法的实例。图2是根据实施例1-1，当光入射到染料增感型光电转换器件10的光导结构11的一个端部时光导通路的截面图，入射光的光导通路在图2中用粗线表示。图3是根据实施例1-1，当光入射到染料增感型光电转换器件10的光导结构11的顶角时光导通路的截面图，入射光的光导通路在图3中用粗线表示。首先參考图2，本实施例中染料增感型光电转换器件10的光导结构11是具有五边形底面并且从底面垂直延伸的直柱体。底面是关于直线对称的形状，其中五个角中的三个角是90° ,其余两个角是135°。两个135°角所夹的角Qt = 90°是顶角。其中，当近似为一般校准平行光的光垂直于光导结构11的光入射面的一个端部(除顶角外)进入透明基板I吋，如果集电配线8的宽度L1为L1 = O. 4mm,那么为了避免光从光导结构11的一个端部入射时的光导通路在宽度方向上被集电配线8阻挡，从表达式
(4)中可知，沿光导结构11中入射光通路的距离的宽度方向分量Lp与沿透明基板I中入射光通路的距离的宽度方向分量Lg之和应大于O. 4_。具体地，如果光进入光导结构11的光入射面的左右端部中的ー个，那么光从空气进入光导结构11时界面处的入射角变为Q1 = 90° _(0ノ2) =45°，如果空气的折射率na为na = I· 00且光导结构11的折射率np为np = I. 49,那么从上面给出的表达式(I)可知当光从空气进入光导结构11时界面处的出射角Θ 2变为Θ 2 = 28. 3°。如果光从光导结构11进入透明基板I时界面处的入射角用φι表示，出射角用Φ2表示，透明基板I的折射率ng*ng = I. 55，那么从表达式(3)得到入射角φι = 16.7°，从表达式⑵得到出射角Φ2 = 16.0°。其中，如果光导结构的宽度和厚度分别用L3和L4表示，透明基板的厚度用L5表示，那么宽度方向分量Lp和宽度方向分量Lg分别用下面的表达式(6)和(7)表示Lp = (L4 -^3-)tanΦ,(6)Lg = L5tan Φ 2 (7)在表达式(6)和(7)中，可以例如将厚度L4和厚度L5分别设定为L4 = O. 5mm且L5 = I. 1mm。因此，由于 L1 = L3 = O. 4mm，Lp+Lg = O. 41mm，其大于 L1 = O. 4mm，所以满足表
达式⑷。
此外，在本实施例中，如果考虑到平行光入射到光导结构11的顶角部分，那么由于入射光在光导结构11中变成反转辐射的，所以其以更大的量经由绕过集电配线8的光导通路。然而，如果光导结构11的厚度L4变得过大，那么光被光导结构11内的垂直面反射，不能有效地导入多孔电极3。为了避免这种情況，必须满足当表达式(5)。在本实施例的设计实例中，当光经过光导结构11的内部时，沿光通路的距离的宽度方向分量Lp’变为Lp’ = I^tancp1 = 0_15，并且满足1^’ = I^tancp1 = 0.15 < 0.2。因此，如果光导结构11的厚度L4的值变得过高，那么将发生光导结构11中内部反射问题。为了使该问题不易发生，当光被导入且经过光导结构11的内部时，沿光通路的距离的宽度方向分量Lg相对于当光被导入且经过光导结构11的内部时沿光通路的距离的宽度方向分量Lp的值必须足够高。此外，由于本实施例中光导结构11具有关于直线对称的形状，所以其以下列形式安装在透明基板I上，集电配线8的底面在宽度方向的中心轴与其对称轴位于同一直线上，同样可以避免光从上述端部相对侧的端部的入射的光导通路被集电配线8阻挡。 从上面可知，在本实施例的光导结构11中，在光导结构11的顶角Θ t和折射率分别为Qt = 90°且np = I. 49,透明基板I的折射率ng为ng = I. 55的情况下,特别是在光导结构11的宽度L3为O. 4mm，等于集电配线8的宽度L1的情况下，如果光导结构的厚度L4为L4 = O. 5mm且透明基板I的厚度L5等于或大于I. 1mm，那么所有从垂直于透明基板I的方向入射到光导结构11的入射面的光的光导通路都可以避免被阻挡。在本实施例中，在设定满足表达式(4)和(5)的顶角Θ t、光导结构11的折射率np和透明基板I的折射率ng、宽度L3、厚度L4和厚度L5之后，适当地设计光导结构11。然而，其设计并不限于此，例如光导结构11可以通过设定宽度L3，、厚度L4和厚度L5之后，通过适宜地设定顶角Gt、折射率np和折射率ng来设计。另ー方面，当透明基板I的厚度大至，例如当厚度L5等于或大于I. 4mm时,仅通过沿光被导入并经过透明基板I内部时的光通路的距离的宽度方向分量Lg便可避免光导通路被集电配线8阻挡，而不依赖于光导结构11的尺寸。因此，配置光导结构11从而导致改变光导通路，并且可以使光导结构11形成下列形状，例如厚度L4值非常低的三角柱。此外，如果要设计本实施例中的光导结构11，可以预先设定透明基板I的厚度L5，然后得到满足下面表达式的Φ2值も> ぎΛ一丁-と(8)
Ls来设定可以避免光导通路被集电配线8阻挡的入射角Q1和顶角0t，而不依赖光导结构的尺寸。通过參照“染料增感型太阳能电池的最新技术”(“The State of the Art of DyeSensitized Solar Cells”,由荒川裕则监制,2001,由CMC Publishing出版)来制备膏状TiO2分散体溶液(即用于形成多孔电极3的原料)。具体地，在室温下，边搅拌边将125mL的异丙氧基钛逐步滴加到750mL的O. IM的硝酸水溶液中。滴加完成之后，将溶液转移到80°C的恒温槽，并且继续搅拌8小吋。结果得到发白的不透明溶胶溶液。然后，将该溶胶溶液冷却至室温，用玻璃过滤器过滤，此后向其中添加溶剂将体积调节到700mL。将得到的溶胶溶液移至高压釜，在220°C下进行水热反应12小时，之后对溶液进行超声处理I小吋，随后进行分散处理。然后，利用蒸发器在40°C下浓缩该溶液，以使TiO2含量变为20wt%。将相当于TiO2质量的20%的聚こニ醇(分子量为500000)和相当于TiO2质量的30%的粒径为200nm的锐钛矿型TiO2添加到经浓缩的溶胶溶液中。然而将溶胶溶液通过搅拌除泡器进行均匀混合，从而得到粘度増大的TiO2膏状分散体溶液。通过刮涂法将上述TiO2膏状分散液涂覆到形成透明电极2的FTO层和形成集电配线保护层9的氧化铝层上，从而形成尺寸为5_X5mm，厚度为200 μ m的微粒层。之后，将温度保持在500°C下30分钟，以烧结FTO层上的TiO2微粒。将O. IM的氯化钛(IV) TiCl4水溶液滴加到经烧结的TiO2膜上，然后将所得到的制品保持在室温下15小时，之后清洗，并且在500°C下再次烧结30分钟。接着，通过使用紫外光照射装置用紫外光照射经烧结的TiO2体30分钟，从而通过光催化作用氧化分解经烧结的TiO2体中所含的杂质(诸如有机物)并除去这些杂质，进行用于提高经烧结的TiO2体的活性的过程，从而得到多孔电极3。
通过将作为光敏染料的充分纯化的23. 8mg Z907溶解在以I : I的体积比混合的こ腈和叔丁醇的50ml混合溶剂中，来制备光敏染料溶液。然后，在室温下将多孔电极3浸没在所述光敏染料溶液中24小吋，以使所述光敏染料保持在TiO2微粒的表面上。随后，相继用4-叔丁基吡啶的こ腈溶液和こ腈清洗多孔电极3，然后在暗处蒸发溶剂并且干燥多孔电极3。通过下列方法形成对电极5 :在之前已形成直径为O. 5mm的注入ロ的FTP层上通过溅射相继层叠50nm厚的铬层和IOOnm厚的钼层，然后在其上喷涂氯钼酸在异丙醇(2-丙醇)中的溶液，随后在385°C下使制品加热15分钟。接着，透明基板I和对向基板4以下列方式布置其中多孔电极3和对电极5彼此相对设置，透明基板I和对向基板4的外周用30 μ m厚的离聚物树脂薄膜和紫外线固化的丙烯酸树脂密封。同时，将I. Og的I-丙基-3-甲基咪唑鎗碘化物、O. IOg的碘和O. 054gN_ 丁基苯并咪唑(NBB)溶解在EMImTCB和ニこニ醇ニ甲醚以I : I的重量比混合的2. Og混合溶剂中。用进料泵将该电解液从预先制备的染料增感型光电转换器件的注入ロ注入，然后减压除去器件内的气泡。用这种方法形成电解质层7。然后，用离聚物树脂薄膜、丙烯酸树脂和玻璃基板来密封注入ロ，从而完成染料增感型光电转换器件。实施例1-2光导结构11被成形为具有顶角且关于直线对称的底面的柱形凸棱镜，其宽度L3小于集电配线8的宽度L1，并且光导结构11的尺寸和透明基板I的厚度根据形状确定。除了上述之外，实施例1-2中染料增感型光电转换器件10的制造方法与实施例1-1类似。下面描述了根据实施例1-2的染料增感型光电转换器件10的光导结构11的设计方法的实例。图4是根据实施例1-2的染料增感型光电转换器件10的光导结构11的截面图。入射光的光导通路在图4中用粗线表示。參考图4，根据本实施例的染料增感型光电转换器件10的光导结构11与实施例I类似，其中宽度L3 = O. 2mm，顶角Θ t = 90°。入射到光导结构11的光的光通路被空气和光导结构11之间入射界面的折射以及光导结构11和透明基板I之间入射界面的折射改变，然后光被传入多孔电极3。此次，设计光导结构11，从而通过上述折射改变光通路来避免光导通路被设置在透明基板I上的集电配线8阻挡。对于光导结构11的安装位置而言，由于光导结构11的底面具有关于直线对称的形状，所以光导结构11被这样安装在透明基板I的光入射侧的面上，从而使光导结构11底面的对称轴与集电配线8的底面在宽度方向的中心轴位于同一直线上。其中，假设光从光导结构I入射面的左端部传入光导结构11并经过光导结构11和透明基板I的内部，然后，例如，如果透明基板I的厚度L5为L5= I. 0mm，那么从表达式
(7)得到当光经过透明基板I的内部时沿光通路的距离的宽度方向分量Lg为Lg = O. 28，它小于从表达式⑷得到的L1-(L1-L3)/^ = O. 3mm。因此，必须设定光导结构11的厚度L4。因此，在表达式(6)中，满足表达式(4)的光导结构11的厚度L4可以被设定为L4 = O. 17+0. I=O. 27mm。因而，Lp+Lg = O. 33mm,大于O. 3mm,满足表达式(4)。此外，如果研究导入的光在光导结构11中的反射，那么当光经过光导结构11的内部时沿光通路的距离的宽度方向分量Lp’为Lp’ = L4tancp1== 0.08 mm < 0.1，满足表达式⑶。因此，光导结构11中垂直 面的反射永远不会发生。此外，本实施例中的光导结构11具有关于直线对称的形状，并且被安装在透明基板I的光入射侧的面上，从而使光导结构11底面的对称轴与集电配线8的底面在宽度方向的中心轴位于同一直线上。因此，如果光导结构11被这样设置，光导结构11的宽度L3和顶角Θ t分别为L3 = O. 2mm和Θ t = 90°，光导结构11的厚度L4为L4 = O. 17mm，并且光导结构11的折射率np*np = I. 49，那么对于从入射面的右端部入射的光来说，同样可以避免光导通路被集电配线8阻挡。综上所述，如果在本实施例的染料增感型光电转换器件10的光导结构11中，光导结构11的厚度L4被设定为L4 = O. 27mm,且透明基板I的厚度L5被设为L5 = I. Omm,那么对于所有从透明基板I的垂直方向入射到光导结构11的入射面的光来说，都可以避免光导通路被集电配线8阻挡。此外，在本实施例中，在设定顶角0t、光导结构11的折射率np和透明基板I的折射率ng之后，通过适当地设定满足表达式(4)和(5)的宽度L3、厚度L4和厚度L5来设计光导结构11。然而，光导结构11的设计方法并不限于此。例如，光导结构11可以通过设定宽度L3、厚度L4和厚度L5之后，通过适宜地设定顶角Θ t、折射率np和折射率ng来设计。此外，如果透明基板I的厚度L5的值很大，例如当L5彡I. Imm吋，因为仅用ng值便满足表达式(4)，所以光导结构11仅有助于光导通路的改变，可以避免集电配线8对光导通路的阻挡，而不依赖于光导结构11的厚度L4。因此，还可以使光导结构11形成下列形状，例如厚度L4值非常低的三角柱。此外，如果要设计本实施例中的光导结构11，还可以通过下列方法设定预先设定厚度L5，然后得到满足下面表达式⑶的φ2值，根据各材料的折射率和厚度L5而不依赖光导结构的尺寸来设定可以避免光导通路被集电配线8阻挡的入射角Q1和顶角9t。〈实施例1-3>光导结构11被成形为具有顶角和关于直线对称的底面的柱形凸棱镜，其宽度L3大于集电配线8的宽度U。然后，基于该形状，确定光导结构11的尺寸和透明基板I的厚度。除了上述之外，染料增感型光电转换器件10的制造方法与实施例1-1类似。
下面描述了根据实施例1-3的染料增感型光电转换器件10的光导结构11的设计方法的实例。图5是根据实施例1-3的染料增感型光电转换器件10的光导结构11的截面图。入射光的光导通路在图5中用粗线表示。參考图5，根据本实施例的染料增感型光电转换器件10的光导结构11的设计与实施例I类似，其中宽度L3 = O. 6mm，顶角Θ t = 90°。入射到光导结构11的光的光导通路被空气和光导结构11之间入射界面的折射以及光导结构11和透明基板I之间入射界面的折射改变，然后光被传入多孔电极3。此次，如此设计光导结构11，从而通过上述折射改变光通路来避免光导通路被设置在透明基板I上的集电配线8阻挡。对于光导结构11的安装位置而言，由于光导结构11的底面具有关于直线对称的形状，所以这样安装光导结构11，从而使光导结构11底面的对称轴与集电配线8的底面在宽度方向的中心轴位于同一直线上。其中，如果假设光从光导结构11入射面的左端部传入光导结构11并经过光导结 构11和透明基板I的内部，然后，例如，如果透明基板I的厚度L5为L5= I. 0mm，那么从表达式⑵得到当光经过透明基板I的内部时沿光通路的距离的宽度方向分量Lg为Lg =O. 28，它小于从表达式(4)得到的L1-(L1-L3)/2 = O. 5mm。因此，要设定光导结构11的厚度L4。因此，在表达式(6)中，满足表达式⑷的光导结构11的厚度L4可以被设定为L4 =O. 77+0. 3 = 0. 97mm。因而，当光被传入并经过光导结构11的内部时沿光通路的距离的宽度方向分量Lp为Lp = O. 23，并且Lp+Lg = O. 51mm，其大于O. 5mm。因此，满足表达式(4)。此外，如果研究光导结构的反射，那么当光经过光导结构11的内部时，沿光通路的距离的宽度方向分量Lp’为Lp’ = I^tancp1 = 0.29 mm < 0.3，满足表达式(5)。因而，在光导结构11的垂直平面上反射永远不会发生。此外，本实施例中的光导结构11是具有关于直线对称的形状和底面的柱体，并且被如此安装在透明基板I上，从而使集电配线8的底面在宽度方向的中心轴与其对称轴位于同一直线上。因此，如果光导结构11如此设置，其中光导结构11的宽度L3和顶角0t分别为L3 = O. 6mm和Θ t = 90°，光导结构11的厚度L4为L4 = O. 68mm，且光导结构11的折射率np为np = I. 49，那么对于从上述端部相对侧的端部入射的光来说，同样可以避免光导通路被集电配线8阻挡。综上所述，如果在本实施例的光导结构11中，光导结构11的厚度L4被设为L4 =
O.68mm,且透明基板I的厚度L5被设为L5 = I. Imm,那么对于所有从透明基板I的垂直方向入射到光导结构11的入射面的光来说，可以避免光导通路被集电配线8阻挡。此外，在本实施例中，在设定顶角Θ t、光导结构11的折射率np和透明基板I的折射率ng，通过适当地设定满足表达式(4)和(5)的宽度L3、厚度L4和厚度L5来设计光导结构11。然而，光导结构11的设计方法并不限于此。例如，光导结构11可以通过设定宽度L3、厚度L4和厚度L5之后，通过适宜地设定顶角Θ t、折射率np和折射率ng来设计。此外，如果透明基板I的厚度L5的值很大，例如当L5彡I. 79mm吋，仅通过沿光被导入并经过透明基板I内部时的光通路的距离的宽度方向分量Lg便可避免集电配线8对光导通路的阻挡。因此，光导结构11仅有助于光导通路的改变。因此，还可以使光导结构11形成下列形状，例如厚度L4值非常低的三角柱。此外，如果要设计本实施例中的光导结构11，还可以通过下列方法设定预先设定厚度L5，然后得到满足表达式⑶的φ2值、可以避免光导通路被集电配线8阻挡而不依赖光导结构的尺寸的入射角Q1和顶角0t。< 实施例 1_4>光导结构11被成形为具有顶角和不对称底面的柱形凸棱镜，基于该形状，确定光导结构11的尺寸和安装位置以及透明基板I的厚度。除了上述之外，染料增感型光电转换器件10的制造方法与实施例1-1类似。下面描述了根据实施例1-4的染料增感型光电转换器件10的光导结构11的设计方法的实例。图6是根据实施例1-4的染料增感型光电转换器件10的光导结构11的截面图。入射光的光导通路在图6中用粗线表示。 參考图6，根据本实施例的染料增感型光电转换器件10的光导结构11的形状为，宽度L3和顶角0t分别为L3 = O. 4mm和Θ t = 90°，顶角Θ t位于顶角Θ t相对边的垂线将对边分为3 I的位置。入射到光导结构11的光的光导通路被空气和光导结构11之间入射界面的折射以及光导结构11和透明基板I之间入射界面的折射改变，从而使光被传入多孔电极3。此次，如此设计光导结构11，从而通过上述折射改变光通路来避免光导通路被设置在透明基板I上的集电配线8阻挡。此外，由于本实施例中的光导结构11是具有左右不对称形状的柱体，所以光导结构11要针对从光导结构11的光入射面的左端部和右端部入射的光束単独设计。此外，由于光导结构11的底面形状是不对称的，所以光导结构11的安装位置也要适当地设定。其中，如果对从光导结构11的光入射侧的面的左端部入射的平行光的研究与实施例1-1类似，那么在光导结构11的顶部左侧的入射角Θ U为Θ I = 60°，从表达式(I)得到出射角θ 2L = 35. 5。，从表达式(3)得到(p1L =25.5°;从表达式(2)得到cp2L = 24.4°。因此，从表达式(6)和(7)中可知，满足表达式⑷的光导结构11的宽度！^和光导结构11的厚度Li变为，例如，如果透明基板I的厚度L5为L5 = I. Omm,当光被导入且经过透明基板I时沿光通路的距离的宽度方向分量为= O. 45。在其中如此放置光导结构11从而使光导结构11的底面中心轴与集电配线8的中心轴相同的情况下，不论光导结构11的尺寸如何，都可以避免光从光导结构11的光入射面的左端部入射的光导通路被集电配线8阻挡。同时，如果研究从光导结构11的光入射侧的面的右端部入射的光，那么在光导结构11的顶部右侧的入射角θ 1K为Θ m = 30°，从表达式(I)得到出射角θ 2R = 19. 6°，从表达式⑶得到iPiR = 10.4°;从表达式⑵得到q>2R =9.9°。因此，从表达式(6)和⑵中可知，满足表达式(4)的光导结构11的宽度L3k和光导结构11的厚度L4k变为，例如，如果透明基板I的厚度L5为L5 = I. Omm,当光被导入且经过透明基板I时沿光通路的距离的宽度方向分离LgK为LgK = O. 17。在其中如此放置光导结构11从而使光导结构11的底面中心轴与集电配线8的中心轴相同的情况下，光导通路不能绕过集电配线8。如果根据表达式(6)来设计可以避免光导通路被集电配线8阻挡的光导结构11，那么光导结构11的厚度L4e 变为 L4e = 2. 57+0. 14 = 2. 71mm。现在，研究根据上述设计的光导结构11的形状是否满足表达式(5)以及被导入的光是否在光导结构11中发生反射。如果假设，对于左入射和右入射的光束来说，当光经过光导结构11时沿光通路的距离的宽度方向分量分别用L/和Lp/表示。因此，如果将上面给出的值代入表达式(5)，那么LpL’ =L4tancp1L= 1.27 mm，LpR5 = L4tantp1R’ = 0.59 mm,由于 LpL’ = L^taiKp1L < 0.3 mm 且LpR’ = L4tancp1R < 0.1 mm，不满足表达式(5)，所以在光导结构11的垂直面上发生发射。因此，如果假设，光导结构11的底面中心轴被设置在相对于集电配线8的底面中心轴向右侧移动L1-Lsk = O. 23mm的位置处，那么从光导结构11的光入射侧的面的左端入射的光必须满足LpJLpk > O. 4+0. 23 = O. 63mm。同样，如果透明基板I的的厚度L5为L5 =
I.Omm,那么从表达式(6)和(7)得到 L4 = O. 40+0. 14 = O. 54mm。同时，那么从光导结构11的光入射侧的面的右端入射的光必须满足LpJ Lpk> O. 4-0. 23 = O. 17mm，如果 L4 = O. 54mm，那么满足 LgL+LpL = O. 24 > O. 17。此夕卜，LpL’ = L^tancp1L = 0.24 mm且LpR’ = L4tancp1R = 0.095 mm,因此 LpL’< 0.3mm 且
Lp/ < 0. 1mm。因此，满足表达式(5)。因此，光导结构11中垂直面的反射不会发生。〈实施例1_5>光导结构11是ー侧凸起的透镜，形状为部分圆被沿直线切掉的部分缺失的圆形并在纵深方向垂直延伸。基于上述形状，确定光导结构11的尺寸和安装位置以及透明基板I的厚度。除了上述之外，染料增感型光电转换器件10的制造方法与实施例1-1类似。图7是根据实施例1-5的染料增感型光电转换器件10的光导结构11的截面图，入射光的光导通路在图7中用粗线表示。參考图7，根据本实施例的染料增感型光电转换器件10的光导结构11是单侧型柱体透镜，其为底面是沿直线切掉的部分缺失的圆形并且从底面垂直延伸的直柱体。下面描述了根据实施例1-5的染料增感型光电转换器件10的光导结构11的设计方法的实例。參考图7，由于根据本实施例的染料增感型光电转换器件10的各光导结构11都是柱体并且底面是部分圆被沿直线切掉的部分缺失的圆形，所以入射到光导结构11的光因透镜效应被聚集。随后，光经过透明基板I并进入多孔电极3。按这种方法来设计光导结构，此次，通过光的聚集来避免光导通路被集电配线8阻挡。因而，如果光导结构11的折射率用np表示，圆的半径用R表示，焦距用F表示，那么满足
PF = —_ -(9)
ηρ-ι其中，集电配线是具有宽度L1 = O. 4mm和厚度L2 = 10 μ m的矩形底面并且从底面垂直延伸的直柱体。此外，所述集电配线8以5mm的间隔设置在透明基板I上并且平行于透明基板I的纵向延伸。光导结构11并排放置并在透明基板I的纵向间无间隙，从而使光导结构11的端点位于集电配线8底面的中心轴上。通过这样，部分缺失圆的弦长(即光导结构11的底面宽度L3)可以为L3 = 5. 4mm。此外，为了避免当透明基板I的厚度被设为I. Omm时入射到光导结构11的光被集电配线8阻挡，如果为了简化研究而忽略光导结构11的厚度，那么当光导结构11的焦距F为Imm或更大时，焦距必须小于满足0.4 1.0 = 5.4 F的F。另ー方面，如果焦距小于I，那么焦距F必须大于满足5. 2 1.01 = 5.4 2F的F。因此，焦距F可以为O. 53_彡F彡13.5mm。例如，当焦距F为F= 13. 5mm时，如果透明基板I和光导结构11的折射率相等，并且该值为np = ng = I. 50，那么为了简化描述，从表达式(9)得到半径R变为R = 6. 75mm。因此，本实施例的光导结构11的形状为，具有半径R=6. 75的圆被沿直线切掉从而使弦长变为5. 4mm的部分缺失的圆形底面并且从底面垂直延伸的直柱体。光导结构11被安装在透明基板I的光入射侧的面上，从而使光导结构在宽度方向的端点位于集电配线8的底面中心轴上。〈对比例1>按与实施例1-1类似的方法制造染料增感型光电转换器件10，不同之处在于省略光导结构11的制备以及设置光导结构11的步骤。图8描绘了根据实施例1-1和对比例I的染料增感型光电转换器件10的电流-电压特性。 參考图8，包含光导结构11的实施例1-1的染料增感型光电转换器件10的电流-电压特性用“具有光导结构”表示，而不包含光导结构11的对比例I的染料增感型光电转换器件10的电流-电压特性用“没有光导结构”表示。从图8中看出，由“具有光导结构”表示的实施例1-1的染料增感型光电转换器件10与由“没有光导结构”表示的对比例I的染料增感型光电转换器件10相比，在电流特性和电压特性方面均有所改善。实施例1-1的染料增感型光电转换器件10的光电转换效率与对比例I的染料增感型光电转换器件10相比，增大了 O. 53%。这与把其中光入射面相对于入射光的数值孔径为93. 5%视为100%的染料增感型光电转换器件10的数值孔径来计算光电转换效率的理论值(増大O. 66% )非常一致。我们认为由于光导结构11，实施例1-1的染料增感型光电转换器件10的光入射面相对于入射光的数值孔径变为约100%的值，并且在本实施例中证实了光导结构11的效果。如上所述，根据本发明的第一实施方式，将具有集电配线保护层9的集电配线8以预定间隔设置在染料增感型光电转换器件10的透明基板I或透明电极2上，将光导结构11与集电配线8相对应地设置在透明基板I的光入射侧的面上。因而，当多孔电极3中产生的电子经过集电配线8被吸取到外部时，能量损失可以降低。此外，由于从染料增感型光电转换器件10的光入射侧的面入射的光能被有效地通过光导结构11导入多孔电极3而不会被集电配线8阻挡，所以入射光的利用率高。此外，光电转换器件可以实现优异的光电转换特性。染料增感型光电转换器件
图9是根据本发明第一实施方式的修改方式的染料增感型光电转换器件10的截面图，入射光的光导通路在图9中用粗线表示。參考图9，在染料增感型光电转换器件10中，光导结构11不是设置在透明基板I上而是设置在透明基板I的光入射侧的面的上方。各光导结构11优选以下列形式设置，光导结构11的ー个主表面与透明基板I的ー个主表面相互平行地以预定间隔的关系对立设置。在光导结构11的ー个主表面与透明基板I的ー个主表面之间形成开放的空间，用气体填充该空间以形成气体层。尽管该气体层通常为空气层17，但其不限于此。此外，可以使用多级结构，其中光导结构设置在具有插入其之间的第二气体层的光导结构11的上方。使用多级结构时，新设置的光导结构基本上可以是任意光导结构，只要其是无色透明的且光透过性能优异并且能改变入射光的光导通路即可。因而，新设置的光导结构可以为凸形或凹形。同样，关于所述光导结构11的安装，要安装的光导结构的数量和安装方法可以是任意数量和任意方法，只要光导结构11能避免光导通路被集电配线8阻挡。此外，由于光导结构11的ー个主表面与透明基板I的ー个主表面相互间有一定的距离，设置其之间的距离使主表面之间的距离最短，该距离优选地在Iym到IOmm的范围内，更优选在Iym到Imm的范围内，最优选在I μ m到500 μ m的范围内。然而，光导结构11之间的安装形式和安装距离不限于这些。同样，安装了光导结构11之后，也可以适当地改变安装形式和距离，特别是可以通过移动、旋转、除去、交換等方式来改变。特别是当入射到光导结构11的光的角度变化时，通过旋转和/或移动光导结构11使其与入射光的角度相对应，可以避免光通路被集电配线8阻挡。
此外，当光导结构11成形为多级结构时，设置在光导结构11上方的光导结构Ila优选以下列方式设置在透明基板I上(特别是当光导结构Ila为柱形且具有关于直线对称形状的底面吋)，使集电配线8在宽度方向的中心轴与光导结构11的底面对称轴以及光导结构Ila的底面对称轴位于同一直线上。然而，光导结构Ila的形状和安装不限于上述那些。此外，光导结构11的形状不限于和第一实施方式有关的上述那些。然而，由于将光导结构11安装在透明基板I上不是前提条件，所以安装后与透明基板相対的光导结构的面不需要被成形为平面。因而，光导结构11基本上可以为任何形状，只要入射到光导结构11的光经过透明基板I井能避免其光导通路被集电配线8阻挡，最有效地到达多孔电极3的内部即可；可以为柱形或圆锥形。关于光导结构11的尺寸，尽管集电配线8的宽度优选等于光导结构11的宽度，但光导结构11的形状和尺寸不限于这些。除了上述之外，根据本修改方式的染料增感型光电转换器件10与根据第一实施方式的染料增感型光电转换器件10类似。染料增感型光电转换器件的制造方法现在描述根据修改方式的染料增感型光电转换器件10的制造方法。首先，将玻璃材料加工并成形为期望的形状，以形成光导结构11。对于光导结构11的形成来说，可以适当地选择使用已知技术。例如，可以使用浇铸成形、切割成形、模压成形和注射成形。然而，光导结构11的形成方法不限于此。随后，在透明基板I的ー个主表面上通过溅射等形成透明导电层，从而形成透明电极2。在集电配线8相互连接形成电极的情况下，所述步骤可省略。随后，将铝(Al)以期望的图案真空蒸镀到透明电极2上以形成集电配线8。此外，通过热处理、电处理或化学处理来氧化集电配线8的表面，从而形成集电配线保护层9。随后，将光导结构11以与集电配线8成相应的关系、并独立于染料增感型光电转换器件10设置到透明基板I的与其上设有透明电极2的透明基板I的那面相反的光入射侧的面上。光导结构11的安装方法可以适宜地选自己知的技术，可以为例如粘附、接触粘合、夹入或装配。然而，安装方法不限于此。除了上述之外，根据本修改方式的染料增感型光电转换器件10的制造方法与根据第一实施方式的染料增感型光电转换器件10的制造方法类似。染料增感型光电转换器件的操作现在描述根据本修改方式的染料增感型光电转换器件的操作。经过光入射侧的面被传入染料增感型光电转换器件10的光部分通过光导结构11和空气层，然后经过透明基板I到达多孔电极3。除了上述之外，根据本修改方式的染料增感型光电转换器件10的操作与根据第ー实施方式的染料增感型光电转换器件10的操作类似。< 实施例 1_6>各光导结构11被成形为具有顶角和关于直线对称的底面的柱形凸棱镜，并以距 透明基板I 一定的预定距离设置，从而使集电配线8在宽度方向上的中心轴和光导结构11的底面对称轴位于同一直线上，以这样的方式使与顶角相対的光导结构11的侧面和透明基板I的光入射侧的面相互平行地对着。此外，确定光导结构11的尺寸和安装位置以及透明基板I的厚度。除了上述之外，根据实施例1-6的染料增感型光电转换器件10的制造方法与实施例1-1中类似。图10是根据实施例1-6的染料增感型光电转换器件10的光导结构11的截面图，入射光的光导通路在图10中用粗线表示。參考图10，作为设置在本实施例的染料增感型光电转换器件10中的光导结构11，使用了与实施例1-1中类似设计的光导结构。具体地，光导结构11是具有五边形底面并且垂直于底面延伸的直柱体。底面是关于直线对称的形状，其中五个角中的三个角是90°，其余两个角是135°。两个135°角所夹的角0t = 9O°是顶角。光导结构11以这样的方式设置，从而使其与顶角9t相对的侧面和透明基板I的光入射侧的面相互平行地对着并且二者之间相距一定的距离。在光导结构11和透明基板I之间形成空气层17。入射到光导结构11的光相继被光导结构11和空气之间的入射界面、光导结构11和空气层17之间的入射界面、空气层17和透明基板I之间的入射界面折射，因而改变其光通路。随后，光经过透明基板I并被传入多孔电极3。此次，必须设计光导结构11，从而通过折射改变光导通路可以避免光导通路被集电配线8阻挡。关于光导结构11的安装，由于光导结构11的底面具有关于直线对称的形状，所以光导结构11被这样安装在透明基板I上，使集电配线8在宽度方向上的中心轴和光导结构11的底面的对称轴位于同一直线上。下面描述了根据实施例1-6的染料增感型光电转换器件10中的光导结构11的设计方法的实例。根据本实施例的染料增感型光电转换器件10中的光导结构11的设计与实施例1-1类似，光导结构11的底面具有关于直线对称的形状，其中宽度L3为L3 = O. 4mm，厚度L4为L4 = O. 5mm，顶角βセ为Θ t = 90°。光导结构11是沿垂直于底面的方向延伸的直柱体。其中，假设平行光从垂直于透明基板I的方向入射到光导结构11的入射面的左端部，随后光从光导结构11经过空气层17进入透明基板I。因而，用L7表示空气层17的厚度，同样必须考虑到在空气层17中的光导通路。因而，如果空气的折射率用na表示，光导结构11的折射率用np表示，其中光从空气入射到光导结构11时界面处的入射角用Q1表示，出射角用θ2表示，那么根据斯涅耳定律满足表达式(I)。
此外，如果其中光从光导结构11入射到空气层17时界面处的入射角用φ 表示，出射角用φ3表示，那么根据根据斯涅耳定律满足下面的表达式npsin Φ 丨=nasin Φ 3 (10)。此外，此时入射角φι满足表达式(3)。此外，由于光导结构11和透明基板I相互平行设置，所以光经过空气层17的入射面和出射面相互平行延伸，并且其中光从空气层17入射到透明基板I时界面处的入射角为φ3。如果出射角用CP4表示，透明基板I的折射率用ng表示，那么根据根据斯涅耳定律满足下面的表达式nasin Φ 3 = ngsin Φ 4 (11)。其中，如果光导结构11以预定间隔关系设置在透明基板I上方，从而使与顶角相对的光导结构11的侧面和透明基板I的光入射侧面相互平行地对着，如果从光导结构11的宽度方向的端面入射的光经过光导结构11的内部时，沿光导通路的距离的宽度方向分量用Lp表示；当光经过空气层17的内部时，沿光通路的距离的宽度方向方量用La表示；当光经过透明基板I的内部时，沿光通路的距离的宽度方向分量用Lg表示，那么为了避免入射光的光导通路被集电配线8阻挡，要满足下面的表达式
权利要求
1.一种光电转换器件，其包含 设置在基板上的多孔电极和对电极； 设置在所述多孔电极和所述对电极之间的电解质层； 设置在所述基板的其上设有所述多孔电极的面上的集电配线；以及 设置在所述基板的光入射侧的光导结构。
2.如权利要求I所述的光电转换器件，其中，设置所述光导结构从而避免入射光的光导通路被所述集电配线阻挡，从而使所述入射光可以导入所述多孔电极。
3.如权利要求2所述的光电转换器件，其中，所述光导结构是柱形凸棱镜。
4.如权利要求3所述的光电转换器件，其中，所述光导结构的底面具有关于直线对称的形状。
5.如权利要求4所述的光电转换器件，其中，所述集电配线是具有矩形底面的柱体并且其上设有用于保护所述集电配线免受所述电解质层中的电解液影响的集电配线保护层。
6.如权利要求5所述的光电转换器件，其中，所述基板是透明基板，并且所述光导结构设置在所述透明基板的光入射侧的面上。
7.如权利要求6所述的光电转换器件，其进ー步包含 设置在所述基板和所述多孔电极之间的透明电极。
8.如权利要求7所述的光电转换器件，其进ー步包含 设置在所述光导结构的表面上的抗光反射层。
9.如权利要求8所述的光电转换器件，其中，所述抗光反射层是通过在所述光导结构的表面上形成多层膜或纳米尺寸的结构体而构成的。
10.如权利要求2所述的光电转换器件，其中，所述光导结构是液体透镜。
11.如权利要求2所述的光电转换器件,其中,所述光导结构包括在所述基板的光入射侧的面上形成的凸面或凹面。
12.如权利要求2所述的光电转换器件，其中，所述光导结构是设置在所述基板的光入射侧的面上的槽。
13.如权利要求12所述的光电转换器件,其中，所述槽具有垂直于其纵向的V形横截面，并且所述V形横截面具有关于直线对称的形状。
14.如权利要求7所述的光电转换器件，其中，所述光电转换器件是染料增感型太阳能电池。
15.ー种光电转换器件阵列，其包含 多个光电转换器件，它们通过集成配线使其集电配线相互连接从而集成化； 其中至少ー个所述光电转换器件包含设置在基板上的多孔电极和对电极以及设置在所述多孔电极和所述对电极之间的电解质层；设置在所述基板的其上设有所述多孔电极的面上的集电配线；设置在所述基板的光入射侧的光导结构；和设置在所述集成配线的光入射侧的光导结构。
16.如权利要求15所述的光电转换器件阵列,其中，所述光导结构具有垂直于其纵向的V形横截面。
17.如权利要求16所述的光电转换器件阵列，其中，所述光电转换器件是染料增感型太阳能电池。
18.一种用于制造光电转换器件的方法，其包括 在基板的光入射侧的面上设置光导结构； 在与所述基板的光入射面相反的面上形成集电配线，并进一歩在所述集电配线上通过层压形成多孔电极；并且 形成其中在所述多孔电极和对电极之间填充电解质层的结构。
19.如权利要求18所述的光电转换器件的制造方法，其中所述光导结构是通过分配透明的光固化树脂的流动法或纳米压印法形成的。
20.—种电子设备,其包含 至少ー个光电转换器件，其包含设置在基板上的多孔电极和对电极以及设置在所述多孔电极和所述对电极之间的电解质层； 设置在所述基板的其上设有所述多孔电极的面上的集电配线；以及设置在所述基板的所述光入射侧的光导结构。
全文摘要
本发明涉及光电转换器件、光电转换器件阵列、光电转换器件的制造方法以及电子设备。本发明的光电转换器件包含设置在基板上的多孔电极和对电极；设置在多孔电极和对电极之间的电解质层；设置在基板的其上设有多孔电极的面上的集电配线；以及设置在基板的光入射侧的光导结构。
文档编号H01G9/004GK102693842SQ20121007576
公开日2012年9月26日 申请日期2012年3月19日 优先权日2011年3月25日
发明者小野彰 申请人:索尼公司