2018 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 | 再生可能エネルギー / 色素増感太陽電池 / バイオマス色素 / イカ墨色素 / カビ産生色素 / チタニア電極 / 培養条件 / ナノ材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
中空糸膜精密ろ過法により、約200 nmの精製イカ墨色素粒子の懸濁液を10倍以上濃縮できるようになった。具体的には、3%の懸濁液を30%まで濃縮することは全く問題がない。100%近くまで濃縮する限界実験を行ったところ、膜そのものでなく、その外側のフランジが破損した。また、膜の寿命も縮まったため、粉末化するには最高濃縮濃度を実験的に求める必要がある。
昨年度の成果と本年度の実験結果を活用し、Response surface methodology (RSM) を用いた統計的な最適化設計を行い、スケールアップした系でもカビの色素を高濃度に生産できる培地の最適化を行った。その培地を使用することで、赤色色素を大量かつ高速度で生産することが可能となった。また、生産した色素は複数の成分が混在しており、それぞれの色素成分でチタニア電極への吸着性や光電変換効率が異なった。
イカ墨色素のエネルギー構造を明らかにするため、粉末化した状態で最高被占軌道(HOMO)および最低空軌道(LUMO)を真空中で測定した。その結果、HOMO-LUMOのエネルギー差が約1 eVであることがわかった。この値は従来の有機増感色素と比較して極めて小さく、長波長領域の微小な光エネルギーでも電子が遷移することを意味している。したがって、電極および電解質との組み合わせを最適化すれば、イカ墨色素を用いた色素増感太陽電池は卓越した性能を発揮する可能性があることが示唆された。
イカ墨のHOMO-LUMO測定結果より、二酸化チタンでは、イオン化ポテンシャルの上で、光を吸収した際、色素から電解質溶液への電子の逆流等が発生し、イカ墨色素と電極の間で抵抗が増大することが分かった。そこで、電極材料を二酸化チタンから酸化スズに変更し、太陽電池デバイスを作製した。その結果、二酸化チタンの光電変換効率を基準として、数％ほど光電変換効率は上昇した。
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| Research Progress Status |
平成30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 |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(2 results)
