2016 Fiscal Year Annual Research Report
Design of biomass dye sensitizing wide wavelength and improvement of performance of dye-sensitized solar cells using squid ink composite electrode
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16H03001
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| Research Institution | Hakodate National College of Technology |
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Principal Investigator |
上野 孝 函館工業高等専門学校, 物質環境工学科, 教授 (10310963)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
青柳 秀紀 筑波大学, 生命環境系, 教授 (00251025)
湊 賢一 函館工業高等専門学校, 生産システム工学科, 准教授 (40435384)
松浦 俊彦 北海道教育大学, 教育学部, 教授 (50431383)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 色素増感太陽電池 / イカ墨色素粒子 / カビ産生色素 / チタニア電極 / 微細化 / 吸着 / 培養条件 / 界面抵抗 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
増感色素およびチタニアペーストと混合して色素を効果的に吸着するチタニア多孔質体電極を作製するために、イカ墨色素粒子の微細化を行った。凍結・解凍を繰り返す物理的破壊と酵素による分解はツツイカ目のイカ墨において有効であった。コウイカ目のイカ墨に対しては、他の物理的破壊法を併用することが必要であることが分かった。複数の酵素による微細化については、明確な効果を確認できていないが、基質特異性や活性領域の異なる様々な組み合わせを考慮する必要がある。
イカ墨色素およびカビ産生色素のチタニア電極への吸着速度を計測するために、水晶振動子マイクロバランス法（QCM）センサーチップ電極をチタニアでコーティングする手法を開発した。具体的には、超希薄懸濁液を用いた滴下コーティング法を試みた結果、4.5 mg/Lのチタニア懸濁液を使ったときに、もっとも膜厚の薄い薄膜を再現性良く作製することに成功した。この電極を使ったイカ墨色素の吸着量を調査した結果、従来の懸濁液ディッピング法に比べて、吸着量が約3倍増加し、電極への吸着効率が飛躍的に向上した。
カビの色素生産能が不安定化していたため、種々の炭素源と窒素源などの検討およびそれらの最適化を行うと共に、菌株の選抜も行った。また、色素生産の安定化や効率的な生産には、カビ菌体が付着できる足場と最適な足場物性、酸素供給、物理的ストレスの軽減等が重要であることが明らかとなった。以上の結果、再現性良く色素生産を行うことが可能になった。
イカ墨色素およびカビ産生色素とチタニア電極における色素・電極間界面抵抗を計測するため、電気化学インピーダンス測定システムの開発を行った。開発した装置を用いて、多孔質構造を有するチタニア電極にイカ墨を塗布した色素増感太陽電池の色素・電極界面における抵抗測定を行った。色素・電極界面間抵抗は、イカ墨を用いた場合、非常に高い値を示すことが分かった。
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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
イカ墨色素粒子の微細化では、新規な物理的破壊法を考案して実施したことで、ツツイカ目のイカ墨では効果があった。
色素のチタニア電極への吸着速度を計測するために新たに考案した、超希薄懸濁液を用いた滴下コーティング法は従来法と比べて、吸着量が約3倍増加した。
色素生産能が不安定化していたカビの培地組成の見直し、菌株の選抜、培養条件の最適化を行うことで、再現性良く色素生産を行うことが可能になった。
色素・電極間界面抵抗を計測するため、独自に開発した電気化学インピーダンス測定システムは、イカ墨色素を用いた電極の界面抵抗を正確に解析できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初計画に従って、イカ墨色素粒子のさらなる微細化法を確立し、増感色素およびチタニア多孔質体への最適設計を行う。
イカ墨色素の粒子径と吸着速度の関係を調査する。また、カビ産生色素へも応用し、２種類の色素を吸着する最適な方法を見出す。
可視光と近赤外光を効果的に吸収して発電する培養条件を設定し、発電効率を向上する最適な色素群の生成条件を決定する。
色素・電極間界面抵抗を最小化する方法を見出す。カビ産生色素についても同様の調査を実施する。
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Research Products
(9 results)
