2015 Fiscal Year Annual Research Report
Type-Ⅰ/Type-Ⅱハイブリッド型光増感色素を用いた色素増感太陽電池の開発
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15H03859
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
大山 陽介 広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60403581)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 機能性色素 / 光電変換 / 太陽電池 / 光物性 / 色素増感 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、酸化チタン(TiO2)電極のブレンステッド酸点とルイス酸点の両方を被覆することができるType-I/Type-II型光増感色素を創製し、広範囲の太陽光を捕集する高効率なType-I/Type-IIハイブリッド型色素増感太陽電池(DSSC)の開発を目的とする。初年度の研究目的と計画は、電子求引性・注入性吸着基としてピリジル基とカテコール基の両方を有する新規なType-I/Type-IIハイブリッド型D-π-A光増感色素を分子設計・合成し、Type-I/Type-IIハイブリッド型DSSCの光電変換特性に及ぼす影響を基礎的に追究することである。そこで初年度は、電子求引性・注入性吸着基としてピリジル基とカテコール基の両方を有する新規なType-I/Type-IIハイブリッド型D-π-A光増感色素と、比較として、カルボキシル系Type-I/ピリジル系Type-I型D-π-A色素、Type-I型ジカルボキシル系D-π-A色素、Type-I型ビピリジル系D-π-A色素およびType-II型ジカテコール系D-π-Cat色素を合成し、これらの光物性・電気化学的特性および光電変換特性を明らかにした。Type-I/Type-IIハイブリッド型D-π-A光増感色素を吸着させたTiO2薄膜の光吸収帯は、Type-I光増感色素あるいはType-II光増感色素を単独で吸着させたTiO2薄膜の光吸収帯を足し合わせたものと良い一致を示した。Type-I/Type-IIハイブリッド型D-π-A光増感色素を用いたDSSCの光電変換特性は、Type-I光増感色素を単独で用いたDSSC特性より劣ってはいたが、Type-I光増感色素とType-II光増感色素の光吸収スペクトルを反映したIPCE特性を示すことがわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では、Type-I/Type-IIハイブリッド型D-π-A光増感色素の創製とType-I/Type-IIハイブリッド型色素共吸着TiO2電極を作製し、広範囲の太陽光を捕集する高効率なType-I/Type-IIハイブリッド型DSSCの開発を達成することを目的としている。本研究を遂行するために、申請書の計画通りに、初年度に電子求引性・注入性吸着基としてピリジル基とカテコール基の両方を有する新規なType-I/Type-IIハイブリッド型D-π-A光増感色素の合成と光物性・電気化学的特性と光電変換特性の評価を行った。これまでの研究成果は、国際学会での発表のみならず、国際学術誌への投稿を予定しており、本研究課題は概ね順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究を遂行するために、本年度はType-I/Type-II型色素共吸着TiO2電極を用いたType-I/Type-IIハイブリッド型DSSCの開発を行う。
Type-I型ビピリジル系D-π-A色素PPおよびType-II型ジカテコール系D-π-Cat色素CtCtに加えて、Type-I型ピリジル系D-π-A光増感色素P1とType-II型カテコール系D-π-Cat光増感色素Ct1の分子設計・合成し、P1とCt1の光物性および電気化学的特性を調べる。TiO2電極を浸漬させる色素溶液の溶媒、濃度、浸漬時間、PP溶液とCtCt溶液（あるいはP1溶液とCt1溶液）に浸漬させる順序、あるいは両色素の混合溶液を使用することで、両色素の合計色素吸着量の異なる色素共吸着TiO2電極を作製する。色素吸着量の検量線を作成することで色素共吸着条件の最適化を図り、両色素の合計色素吸着量を制御する。
(P1とCt1)あるいは (PPとCtCt)を共吸着させたTiO2薄膜上の光物性および電気化学的特性を調査し、ICTおよびDTCT吸収帯の強度増大化に寄与する(P1とCt1)あるいは(PPとCtCt)のTiO2への結合様式、色素吸着量の比率(P1 / Ct1あるいはPP / CtCt)、TiO2電極上での色素配列・配向性や色素-TiO2間相互作用が光電変換特性に及ぼす影響について追究する。色素吸着量の異なる色素共吸着TiO2電極を用いてDSSCを作製し、I-V測定とIPCEスペクトル測定から、光電変換特性を評価する。さらに、(P1とCt1)あるいは(PPとCtCt)を共吸着させた色素共吸着TiO2電極のType-I/Type-IIハイブリッド型DSSCとしての検証を行う。また、電気化学インピーダンス測定や過渡光起電圧測定から、TiO2電極の色素吸着量や色素被覆率がVocに及ぼす影響を調査する。
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