2020 Fiscal Year Research-status Report

光合成材料を活用したバイオ光エネルギー変換デバイスの開発

Research Project

Project/Area Number	20K05691
Research Institution	Tokyo University of Science
Principal Investigator	永田衞男東京理科大学, 工学部工業化学科, 准教授 (00756778)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	バイオ太陽電池 / 光合成材料 / アップコンバージョン / 近赤外光
Outline of Annual Research Achievements	本研究では、光エネルギーで「電気」も「材料」も作るバイオ光エネルギー変換として、可視光のみならず、近赤外光を利用した光水素発生および太陽電池を開発することが目的である。三重項-三重項消滅(TTA)アップコンバージョンと、それに続く励起エネルギー移動によって発電を行う新たな太陽電池の創成では、(1) TTAアップコンバージョンを示す分子ペアとそのエネルギーを受け取る増感色素の合成、(2)太陽電池応用のために基板上におけるアップコンバージョン光発現の確認、(3)アップコンバージョンにより生じた高エネルギーによる光電変換の検討を行った。合成したTTAアップコンバージョン分子ペアのTiO2基板上への固定化を行い、この基板の吸収スペクトル、蛍光スペクトルより、両分子がTiO2上に存在することを確認している。表面が空気と触れないようにパッキングセルを作製し、レーザー光照射したところ、アンチストークスシフトを伴うアップコンバージョン発光が確認された。一方、太陽光程度の強度（約数 mW cm-2）では発光が検出できず、アップコンバージョンの効率は低いことが予測された。この基板を用いて太陽電池を作製し、レーザー光、および太陽光照射において光電流応答を測定したところ、アップコンバージョンとそれに続く励起エネルギー移動による発電はみられなかった。一方、光合成材料を用いたバイオ太陽電池では、p型半導体とn型半導体を用いたタンデムセルを作成することにより太陽電池の開放電圧を増加させることができた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 本実験に必要なレーザー照射装置の購入、分光器の購入が緊急事態宣言により遅れたため、実験に遅れが生じた。
Strategy for Future Research Activity	本研究目的の達成のためにはTiO2基板上への高密度な分子吸着が必要となることが本年度の研究により示唆された。今後は本研究で得られた知見をもとに、発色団の再検討や分子間力を用いた自己集合技術の応用による研究発展が必要であると考える。さらに、光合成材料を用いたバイオ太陽電池および光水素発生系へのアップコンバージョン材料の導入を目指す。