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2016 Fiscal Year Annual Research Report

Analytical method for the evaluation of absorbed dyes on energy conversion interface of dye-sensitized solar cells via time-resolved spectroscopic method

Research Project

Project/Area Number 15K17879
Research InstitutionToho University

Principal Investigator

桑原 彰太  東邦大学, 理学部, 講師 (10612658)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2017-03-31
Keywords色素増感太陽電池 / 光電変換効率 / 界面 / ダイナミクス / 時間分解分光測定 / ラマン散乱
Outline of Annual Research Achievements

平成28年度は色素の吸着状態の評価にラマン散乱分光測定を用い、色素の官能基に由来する分子振動を測定することを目指し色素増感太陽電池に適した分光測定のセットアップを構築した。またシグナルを高い強度で得られるように、金属ナノ粒子に特有な表面増強効果を利用した。表面増強効果は光の波長に依存し、増強度の高い状態を得るためには、適した光の波長と対応するナノ粒子の構造を創らなければならない。今回の目的に合った光の波長として600 - 700 nmを用いる必要があったため、この光の波長において表面増強効果を発現できる金の三角形ナノプレート(大きさ:50 - 100 nm)を創り、色素増感太陽電池の表面上に坦持した。得られた金ナノ粒子の坦持された色素増感太陽電池を用いてラマン散乱分光測定を行ったところ、色素の官能基に由来すると考えられる強いラマン散乱信号を得ることに成功した。今後得られた信号を詳細に解析することによって、色素の配向方向を決定する方法を構築する予定である。
研究期間全体を通じて、時間分解分光測定やラマン散乱分光測定手法により、色素増感太陽電池の光電変換界面における色素の吸着状態と、太陽電池の性能に与える影響について、非破壊に評価できる手法を確立することができた。特に、時間分解分光測定を利用した色素増感太陽電池の光電変換時の電荷のダイナミクスを観察により、性能低下の原因の一つとなる逆電子移動に関係する電解液中のイオンの動きが吸着色素の官能基構造により異なることを見いだした。また色素を吸着させる坦持体である酸化チタン内で起こる電荷のダイナミクスの解明にも成功した。これらの成果により、色素増感太陽電池が実際に動作している状態における、光電変換界面を構成する酸化チタン・色素・電解液のそれぞれの評価が行え、光電変換効率向上の為の材料設計指針に利用できる情報取得方法を確立することができた。

  • Research Products

    (11 results)

All 2017 2016 Other

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Specific interaction between dyes and ions in dye-sensitized solar cells2017

    • Author(s)
      Ryo Hosokawa, Shota Kuwahara, Kenji Katayama
    • Journal Title

      Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry

      Volume: 334 Pages: 107-112

    • DOI

      10.1016/j.jphotochem.2016.11.004

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Investigation of Photoexcited Carrier Dynamics in Hematite and the Effect of Surface Modifications by an Advanced Transient Grating Technique2017

    • Author(s)
      Woon Yong Sohn, Shota Kuwahara, James E. Thorne, Dunwei Wang, Kenji Katayama
    • Journal Title

      ACS Omega

      Volume: 2 Pages: 1031-1035

    • DOI

      10.1021/acsomega.7b00021

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Distinction of electron pathways at titanium oxide/liquid interfaces in photocatalytic processes and co-catalyst effects2016

    • Author(s)
      Shota Kuwahara, Kenji Katayama
    • Journal Title

      Physical Chemistry, Chemical Physics

      Volume: 18 Pages: 25271-25276

    • DOI

      10.1039/c6cp04016k

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Distinction between reactive and non-reactive trap states in photocatalytic reactions revealed by transient grating technique2016

    • Author(s)
      Kenji Katayama, Shota Kuwahara
    • Organizer
      9th Asian Photochemistry Conference
    • Place of Presentation
      Singapore, Singapore
    • Year and Date
      2016-12-06
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Investigation on Aging Effect for Ruthenium-dye Sensitized Solar Cells with TEMPO Redox Electrolyte2016

    • Author(s)
      Taisei Nisimura, Shota Kuwahara, Kenji Katayama
    • Organizer
      9th Asian Photochemistry Conference
    • Place of Presentation
      Singapore, Singapore
    • Year and Date
      2016-12-06
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Investigation on a Mechanism of TiO2 Surface Treatment for Solid-state Dye Sensitized Solar Cells2016

    • Author(s)
      Miki Yamaguchi, Shota Kuwahara, Qing Shen, Toyoda Toyoda, Kenji Katayama
    • Organizer
      9th Asian Photochemistry Conference
    • Place of Presentation
      Singapore, Singapore
    • Year and Date
      2016-12-06
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Distinction between reactive and non-reactive trap states in photocatalytic reactions revealed by transient grating technique2016

    • Author(s)
      Shota Kuwahara, Kenji Katayama
    • Organizer
      2016年光化学討論会
    • Place of Presentation
      東京大学駒場第一キャンパス(東京都目黒区)
    • Year and Date
      2016-09-06
  • [Presentation] Distinction between reactive and non-reactive trap states in photocatalytic reactions revealed by transient grating technique2016

    • Author(s)
      Kenji Katayama, Shota Kuwahara
    • Organizer
      SPIE Nanoscience + Engineering, "Physical Chemistry of Interfaces and Nanomaterials XV"
    • Place of Presentation
      San Diego, USA
    • Year and Date
      2016-08-29
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Distinction between reactive and non-reactive trap states in photocatalytic reactions revealed by transient grating technique2016

    • Author(s)
      Kenji Katayama, Shota Kuwahara
    • Organizer
      32nd Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics
    • Place of Presentation
      大宮ソニックシティ(埼玉県さいたま市)
    • Year and Date
      2016-06-02
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 中央大学理工学部応用化学科 分光システム研究室

    • URL

      http://www.chem.chuo-u.ac.jp/~spec/index.htm

  • [Remarks] 東邦大学理学部化学科 物性化学教室

    • URL

      http://nano.chem.sci.toho-u.ac.jp/~lab/nanochem/index.html

URL: 

Published: 2018-01-16  

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