2018 Fiscal Year Research-status Report
Fabrication of solid-state quantum dot solar cells employing Cu-In-S colloids as the photo-sensitizer
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17K06023
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| Research Institution | Osaka Institute of Technology |
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Principal Investigator |
東本 慎也 大阪工業大学, 工学部, 准教授 (70368140)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
神村 共住 大阪工業大学, 工学部, 教授 (40353338)
中村 亮介 大阪大学, 共創機構産学共創本部, 特任准教授 (70379147)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | CIS量子ドット太陽電池 / CuInS2 / 全固体型太陽電池 / イオン液体 / イミダゾリウム / 多硫化物レドックスイオン / 硫化カドミウム / チオシアン酸イオン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、水媒体中で合成した銅－インジウム硫化物（CuInS2, CIS）量子ドットにより修飾したCIS-TiO2光電極を用いて、硫化カドミウム (CdS) のヘテロジャンクションを利用した全固体型太陽電池、ならびに多硫化物レドックスイオンを含有するイオン液体を電解質に用いた擬固体型CIS量子ドット太陽電池の発電が長期安定化することを見出した。
全固体型太陽電池：
FTO/TiO2-CdS/CIS/Au全固体型太陽電池を作製し、太陽電池特性は、CdSの析出時間に依存することがわかった。特に45分間のCdSの析出では、短絡電流 (JSC) が0.90 mA cm-2、開放電圧 (Voc) が0.56 V、そしてフィルファクター (FF) が60.1 %で、最大で0.30 %のエネルギー変換効率が得られた。また、これらの太陽電池は4時間以上の連続照射においても、変換効率の減少はほとんど見られず、適切なp-nジャンクションを形成する固体型太陽電池の創出に成功したと言える。
イオン液体を用いた太陽電池：
イミダゾリウム[BMIm]系イオン液体を用いて、太陽電池を作製した。[BMIm][S2-/Sn2-]イオン液体を単体で用いた場合、量子ドット太陽電池のエネルギー変換効率（PCE）は0.36 %であった。さらに[BMIm][S2-/Sn2-]に[BMIm][SCN]を1：1の割合で混合すると、PCEが0.75 %まで向上した。また、3日間の連続光照射においてもPCE特性が、初期性能の80 % (PCE：0.60%)と維持することを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
CIS-TiO2光電極を用いて、CIS と硫化カドミウム (CdS) のヘテロジャンクションを用いた全固体型太陽電池、ならびに多硫化物レドックスイオンを含有するイオン液体を電解質に用いたCIS量子ドット太陽電池の作製に成功した。しかしながら、両太陽電池において、変換効率は1 %に達しておらず、目標の3 %に向けて検討を行う。
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| Strategy for Future Research Activity |
2019年度は、銅－インジウム－硫化物 (CIS) と硫化カドミウム (CdS) のヘテロジャンクションを用いた全固体型太陽電池について、FTO基板上にナノロッド型のTiO2薄膜を水熱合成法により作製する。その後、CdS (n型半導体)、CIS (p型半導体) を積層させることで、全固体型太陽電池を作製し、特性評価を行う。本研究の遂行にあたり、水熱合成装置を購入する予定である。
イオン液体を用いた太陽電池に関しては、更なるCIS量子ドットの高品質化、イオン液体のゲル化を試み、イオン液体のゲル化を試み、更なる高効率化を図る。両太陽電池において、3 %以上の太陽電池特性を目標とする。
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| Causes of Carryover |
前年度には、当初予定した試薬類の購入を大学からの予算を優先して使用したために、余剰した。次年度には、消耗品の購入および学会発表の旅費に充てる予定である。
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