エレクトロスピニング・ナノファイバー酸化チタン電極による色素増感太陽電池

• Project/Area Number: 17029059
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 白鳥 世明 慶應義塾大学, 理工学部, 助教授 (00222042)
• Project Period (FY): 2005 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥4,600,000 (Direct Cost: ¥4,600,000); Fiscal Year 2006: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000); Fiscal Year 2005: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
• Keywords: エレクトロスピン / 色素増感 / 太陽電池 / 酸化チタン / ナノファイバー / 熱プレス / 効率 / ナノテクノロジー / エネルギー

Research Abstract

色素増感太陽電池の変換効率向上には、光をなるべく多く受けるための酸化半導体膜の高表面積化、色素と電解質溶液問の酸化還元反応を円滑により多く起こすための酸化半導体膜の多孔質化が重要となってくる。本研究ではその2つの機能を満たすナノファイバ膜をエレクトロスピニング法を用いることによって作製した。エレクトロスピニング法は高分子溶液に高電圧をかけるだけでナノファイバを作製する技術であり、ナノファイバが次々と折り重なって膜を形成することにより、常温常圧下で簡素なプロセスのわりに高表面積で多孔質なナノファイバ膜を得ることができる。この性質を利用して、高分子溶液と酸化半導体の前駆体の混合溶液をエレクトロスピンすることにより混合ファイバ膜を作製し、高温で焼成することによって高分子を除去し、純粋な結晶酸化半導体膜を得ることができた。この膜を光電極として色素増感太陽電池の特性に及ぼす要因を検討した。酸化チタンナノファイバーはシート状に作製され、その後熱プレスによりファイバーの密度を上昇させることができた。ファイバー密度の上昇とともにルテニウム色素の担持量が増加した。また、作製したナノファイバーシートはセルフスタンディングであるため、FTO基材に載せる酸化チタンナノファイバー電極を1枚から6枚、デジタル的に増加させることが可能となった。作製したナノファイバー電極の焼成後は、X線回折によりアナターゼ型の結晶であることが確認された。熱圧力処理を施すことでファイバの形状を保ちつつファイバ同士を接合させ、膜厚が11.60μmのとき変換効率6.18%の特性を得た。また、エレクトロスピニング溶液中のtitanium tetra isopropoxideの量を減らすことでファイバを細径化し、表面積を上げることで色素の担持量を増加させ、膜厚10.63μmで変換効率6.98%の特性を得た。

Research Products

• [Journal Article] Electrospinning processed nanofibrous TiO2 membranes for photovoltaic applications (2006)
  • Author(s): Katsuhiro Onozuka, Bin Ding, Yosuke Tsuge, Takayuki Naka, Michiyo Yamazaki, Shinichiro Sugi他
  • Journal Title: Nanotechnology 17 Pages: 1026-1031
• [Journal Article] Formation of novel 2D polymer nanowabs via electrospinning (2006)
  • Author(s): Bin Ding, Chunrong Li, Yasuhiro Miyauchi, Oriha Kuwaki, Seimei Shiratori
  • Journal Title: Nanotechnology 17 Pages: 3685-3691
• [Journal Article] Layer-by-layer self-assembled tubular films containing polyoxometalate on electrospun nanofibers (2006)
  • Author(s): Bin Ding, Chunrong Li, Shiro Fujita, Seimei Shiratori
  • Journal Title: Colloids and Surfaces A : Physicochem. Eng. Aspects 284-285 Pages: 257-262
• [Journal Article] Fabrication of fibrous films with rugate structure prepared by layer-by-layer self-assembly method : Application to photoelectrode of dye-sensitized solar cell (2006)
  • Author(s): Yosuke Tsuge, Kohei Inokuchi, Katsuhiro Onozuka, Seimei Shiratori
  • Journal Title: Colloids and Surfaces A : Physicochem. Eng. Aspects 284-285 Pages: 542-547
• [Journal Article] Formation of novel 2D polymer nanowebsvia electrospinning (2006)
  • Author(s): Bin Ding, Chunrong Li, Yasuhiro Miyauchi, Oriha Kuwaki, Seimei Shiratori
  • Journal Title: Nanotechnology 17 Pages: 3685-3691
• [Journal Article] Effect of Heat Pressing on TiO2 Dye-sensitize Solar Cells via Electrospinning (2006)
  • Author(s): Hiroshi Kokubo, Takayuki Naka, Hiroki Tsuchihira, Seimei Shiratori
  • Journal Title: The 7th International Conference on Nano-Molecular Electronics
• [Journal Article] Dye-sensitized solar cells based on electrospun nanofibrous membranes (2006)
  • Author(s): Katsuhiro Onozuka, Bin Ding, Yousuke tsuge, Takayuki Naka, Michiyo yamazaki, Seimei Shiratori
  • Journal Title: Nanotechnology 17 Pages: 1026-1031
• [Journal Article] 湿式法を用いた多孔質TiO2膜の作製 (2006)
  • Author(s): 柘植洋祐, 中峻之, 白鳥世明
  • Journal Title: 応用物理学会関係連合講演会 第53回 Pages: 1290-1290
• [Journal Article] 化学溶液析出法を用いた色素増感太陽電池 (2006)
  • Author(s): 中峻之, 柘植洋祐, 小久保洋, 白鳥世明
  • Journal Title: 応用物理学会関係連合講演会 第53回 Pages: 1289-1289
• [Journal Article] "Electrospun nanofibers for ecotechnology"2^<nd> International congress on nanofiber science and technology aim for the environmental application (2005)
  • Author(s): Seimei Shiratori, Bin Ding
  • Journal Title: 国際ナノファイバーテクノロジー会議 第2回 Pages: 71-95