2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of High Performance Dye-sensitized Solar Cells by Organosilicon Concept
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15H03848
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
花屋 実 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (50228516)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤沢 潤一 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (20342842)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 色素増感太陽電池 / アルコキシシラン色素 / 逆電子移動 / アルキルカルボン酸 / 表面修飾 / 界面電荷移動遷移 / アミノフェノール |
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| Outline of Annual Research Achievements |
色素増感太陽電池の高光起電圧化のために、従来のヨウ素系酸化還元対に比べて酸化還元準位が低いCoビピリジル錯体酸化還元対がメディエーターとして用いられている。しかし、Coビピリジル錯体酸化還元対を用いたセルにおいては、光励起色素からTiO2の伝導帯に注入された電子が酸化還元対に移動する逆電子移動反応が進行しやすく、光起電圧の低下が生じる。そこで、この逆電子移動反応の抑制を目的に、アルコキシシリルクマリン色素SFD-5を吸着させたTiO2電極に対して、アルキル鎖長の異なるヘキサン酸、ヘプタン酸、ウンデカン酸による表面修飾を施し、セルを作製して電流-電圧特性を評価した。その結果、擬似太陽光照射下における開放電圧は、表面修飾カルボン酸のアルキル鎖が長くなるにつれて増大し、暗電流は減少した。これは、表面修飾カルボン酸のアルキル鎖が長くなると、Co(III)錯体のTiO2電極表面への接近が阻害され、逆電子移動反応が効果的に抑制されたためと理解される。一方、擬似太陽光照射下における短絡電流はアルキル鎖が長くなるにつれて減少し、これは、アルキル鎖長が色素の分子サイズと同程度になるとCo(II) 錯体の酸化色素への接近が抑制され、色素の還元反応が阻害されたためと考えられる。以上より、色素の分子サイズや電子構造に対応して表面修飾剤のアルキル鎖長を選択することで、セルの効果的な高効率化が可能であることが示された。
また、界面錯体型増感色素の開発に向けて、TiO2表面へのフェノール系化合物の吸着構造ならびに界面電荷移動遷移の詳細について検討を進めた。その結果、p-アミノフェノールがTi-O-C結合を形成してTiO2表面に化学吸着し、フェノール部位からTiO2の伝導帯への直接電子遷移によって、波長～1.1μmの近赤外光までの幅広い波長領域で光吸収が発現することを見出した。
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| Research Progress Status |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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