泳動電着法による非焼成半導体多孔膜を用いるプラスチック色素増感光電池の開発

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15033270
• Research Institution: Toin University of Yokohama
• Principal Investigator: 宮坂 力 桐蔭横浜大学, 工学部, 教授 (00350687)
• Keywords: 色素増感太陽電池 / 低温製膜 / 泳動電着 / プラスチックフィルム / エネルギー変換 / 酸化チタン / ナノカーボン / 溶融塩

Research Abstract

色素増感太陽電池をプラスチックフィルム化する目的で、泳動電着法を用いた導電性フィルム電極(ITO-PETフィルム)への酸化チタンメソポーラス膜の低温製膜プロセスの最適化を行った。酸化チタンナノ粒子の泳動電着膜にTi酸化物ゾル溶液による化成処理(150℃)を組み合わせる方法に基づいてメソポーラス膜を高い密着性をもってITO-PET表面に被覆し、太陽電池としての光電変換性能を高める手段を検討した。まず、酸化チタン層の光吸収率を高めるためにナノ粒子に対して光散乱用大粒子(500μm)を一定割合で混合する方法が、光電流の増加に効果的であることを見出した。次に製膜工程として、(1)電着層を累積してTiO_2層の厚みを増やし、化成処理を施す方法、(2)電着と化成処理を交互に行ってTiO_2層の厚みを増やす方法の比較検討を実施した。その結果、(2)の方法で電着と化成処理のセットを2回繰り返してTiO_2層厚みを10μmに調整したメソポーラス膜において、低温製膜のフィルム電極としてはこれまでの研究と比較して最も高いエネルギー変換効率4.1〜4.3%を得ることができた。IPCE値は30%まで高めることができ、J_<SC>は9mA/cm^2以上の値に、V_<OC>は高温焼成膜と同レベルの740mV以上の値に到達した。また、セルのフルプラスチック化に必要なプラスチック対極の設計を電極表面材料にナノカーボン材料を用いる方法で検討し、ナノ黒鉛粒子にTiO_2粒子を複合した薄膜が対極表面の活性化に有効であることを見出した。フィルム太陽電池用の不揮発性電解液としてイオン性液体を用いるセルの作製と評価を進め、ヨウ素イミダゾリウム塩として低粘度高J_<SC>タイプのイオン性液体に高粘度高V_<OC>タイプの塩とを混合する方法が比較的高い効率を与える傾向を見出した。この方法に塞づいて作製した溶融塩ベースのフィルム型太陽電池で現在2.5〜3%のエネルギー変換効率が得られている。

Research Products

• [Publications] Takurou N.Murakami: "Water-based Dye-sensitized Solar Cells : Interfacial Activation of TiO2 Mesopores in Contact with Aqueous Electrolyte for Efficiency Development"Chemistry Letters. 32. 1154-1155 (2003)
• [Publications] Takurou N.Murakami: "UV-Light Assisted Chemical Vapor Deposition of TiO_2 for Efficiency Development at Dye-Sensitized Mesoporous Layers on Plastic Film Electrodes"Chemistry Letters. 32. 1076-1077 (2003)
• [Publications] Tsutomu Miyasaka: "Fabrication of dye-sensitized plastic film electrodes for flexible solar cells based on electrophoretic deposition techniques"Proceedings of SPIE. 5215. 219-225 (2004)
• [Publications] Takurou N.Murakami: "Low Temperature Preparation of TiO_2 Mesopores for Efficient Dye-Sensitized Photoelectrode by Chemical Vapor Deposition Combined with UV Light Irradiation"Journal of Photochemistry and Photobiology, A. 164(印刷中). (2004)
• [Publications] Tsutomu Miyasaka: "Low-temperature Fabrication of Dye-sensitized Plastic Film Electrodes Based on Electrophoretic Preparation of Mesoporous TiO_2 Layers"Journal of the Electrochemical Society. 151(印刷中). (2004)
• [Publications] Haruhisa Saito: "Fabrication and Efficiency Enhancement of Water-based Dye-Sensitized Solar Cells by Interfacial Activation of TiO_2 Mesopores"Electrochemistry. 72(印刷中). (2004)
• [Publications] 早瀬修二: "色素増感型太陽電池の開発技術"技術教育出版. 229 (2003)