酸化亜鉛/色素ナノハイブリッド薄膜の電気化学的自己組織化と機能発現

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15681005
• Research Institution: Gifu University
• Principal Investigator: 吉田 司 岐阜大学, 大学院・工学研究科, 助手 (90273127)
• Keywords: 酸化亜鉛 / 色素 / ハイブリッド / 電気化学析出 / 薄膜 / 太陽電池 / フォトセンサ / ディスプレイ

Research Abstract

酸化亜鉛/色素ハイブリッド薄膜の電気化学的作製について、その制御因子が従来よりも明らかとなり、これと平行して電析装置の改良を施したことで、薄膜均一性及び再現性の著しい向上が達成された。これにより、今後種々の機能評価を進める上での基礎が確立された。
機能評価については主に色素増感型太陽電池への応用に関して大幅な機能向上を達成した。特に作製されたハイブリッド薄膜のアルカリ洗浄によって一旦色素を除去し、再度任意の色素を吸着させる単純な後処理によって光電極機能が大幅に向上することが見出された。低温での材料合成が可能となるメリットを活かし、導電性プラスチックフィルム基板を用いたフレキシブル電池を試作し、AM1.5擬似太陽光照射下で増感剤にスチリル色素を用いた場合に、最高2.5%の変換効率を達成した。
高い光電極機能が得られるのは、電気化学的に作製される酸化亜鉛が持つ高い結晶性による。強度変調光電流分光法(IMPS)により、膜中の電子拡散速度を調べたところ、酸化亜鉛ナノ微粒子の焼成によって調製された多孔質酸化亜鉛薄膜に比しておよそ1桁大きい拡散係数が見積もられた。すなわち、本手法によって得られる材料が高温での焼成過程によって得られる材料よりも優れた性能を有することが確認された。
これらの成果は9報の論文として国際学術誌に報告した他、現在数報を投稿準備中である。
このほか、酸化亜鉛/色素複合体薄膜が光センシング機能及びフォトクロミック/エレクトロクロミック機能を有することが確認された。今後これらの機能評価を進め、まず特許出願を行いたいと考えている。

Research Products

• [Publications] T.Yoshida, T.Pauporte, D.Lincot, T.Oekermann, H.Minoura: "Cathodic electrodeposition of ZnO/eosinY hybrid thin films from oxygen-saturated aqueous solution of ZnCl_2and eosinY"Journal of Electrochemical Society. 150・9. C608-C615 (2003)
• [Publications] K.Nonomura, T.Yoshida, D.Schlettwein, H.Minoura: "One-Step Electrochemical Synthesis of ZnO/Ru(dcbpy)_2(NCS)_2 Hybrid Thin Films and Their Photoelectrochemical Properties"Electrochimica Acta. 48. 3071-3078 (2003)
• [Publications] T.Pauporte, T.Yoshida, R.Cortes, M.Froment, D.Lincot: "Electrochemical Growth of Epitaxial Eosin/ZnO Hybrid Films"Journal of Physical Chemistry, B. 107. 10077-10082 (2003)
• [Publications] T.Oekermann, S.Karuppuchamy, T.Yoshida, D.Schlettwein, D.Woehrle, H.Minoura: "Electrochemical Self-Assembly of ZnO/SO_3EtPTCDI Hybrid Photoelectrodes"Journal of Electrochemical Society. 151・1. C62-C68 (2004)
• [Publications] T.Yoshida, D.Komatsu, N.Shimokawa, H.Minoura: "Mechanism of Cathodic Electrodeposition of Zinc Oxide Thin Films from Aqueous Zinc Nitrate Baths"Thin Solid Films. 451/452. 166-169 (2004)
• [Publications] T.Oekermann, D.Zhang, T.Yoshida, H.Minoura: "Electron transport and back reaction in nanocrystalline TiO_2 films prepared by hydrothermal crystallization"Journal of Physical Chemistry, B. 108. 2227-2235 (2004)
• [Publications] T.Yoshida, M.Iwaya, H.Ando, T.Oekermann, K.Nonomura, D.Schlettwein, D.Wohrle, H.Minoura: "Improved Photoelectrochemical Performance of Electrodeposited ZnO/EosinY Hybrid Thin Films by Dye Re-Adsorption"Chemical Communications. 2004. 400-401 (2004)
• [Publications] D.Zhang, T.Yoshida, K.Furuta, H.Minoura: "Hydrothermal preparation of porous nanocrystalline TiO_2 electrodes for flexible solar cells"Journal of Photobiology and Photochemistry, A ; Chemistry. (印刷中). (2004)
• [Publications] T.Oekermann, T.Yoshida, H.Minoura, K.G.U.Wijayantha, L.M.Peter: "Electron transport and back reaction in electrochemically self-assembled nanoporous ZnO/dye hybrid films"Journal of Physical Chemistry, B. (印刷中). (2004)
• [Publications] 吉田 司, 箕浦秀樹: "低温半導体膜形成法とフィルム型カラフル太陽電池への応用"機能材料. 23・6. 5-18, 83 (2003)
• [Publications] 吉田 司: "酸化亜鉛/色素複合膜の電気化学的作製とフィルム型カラフル太陽電池への応用"Electrochemistry. 72・1. 44-48 (2004)
• [Publications] 箕浦秀樹, 吉田 司(分担執筆): "第17章「電析法による酸化亜鉛/色素ハイブリッド薄膜の作製とカラフル太陽電池の試作」書名「色素増感型太陽電池の技術開発」"技術教育出版. 11 (2003)