2022 Fiscal Year Annual Research 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
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20K05691
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
永田 衞男 東京理科大学, 工学部工業化学科, 准教授 (00756778)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | バイオ太陽電池 / 光化学系1 / アップコンバージョン / 酸化チタン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
化石燃料に代わるエネルギーとして、クリーンかつ無尽蔵である太陽光エネルギーが期待されている。そこで、近年バイオ太陽電池に注目が集まっている。バイオ太陽電池は、光合成生物由来の材料を用い、安価かつ安全に作製可能であり、普及が進めばエネルギー問題と環境問題の両方を解決する可能性がある。
藻類から抽出した光化学系1（PS1)はクロロフィルの吸収のみのため、変換効率が低い。この問題を解決するために、我々はアンテナ色素として蛍光体およびアップコンバージョン発光体をPS1と組み合わせることにより、より広範囲の光を吸収し、その効率増加を目指した。
蛍光体としてルモゲンレッドを導入した場合、550nm付近の吸収が増加し、バイオ太陽電池の光電変換効率および人工光合成系による水素発生量が増加した。透明電極上の酸化チタンに980nm付近を吸収するアップコンバージョン発光体を添加した場合、そのバイオ太陽電池の効率は増加した。しかしながら、この発光体は始めポリマーに包まれており、500℃で電極焼成時にPS1吸着のための大きな空孔を増やす目的もある。そのため、この効率増加はアップコンバージョンの効果だけでなく、散乱光とPS1吸着量の増加効果も含んでいる。また、この発光体は980nmレーザー光を照射した際は光電流を観測できるが、太陽光程度の光強度ではアップコンバージョンをほとんど起こさないため、IPCE測定における近赤外光の吸収がほとんど確認できない。
今回、PS1を用いたバイオ太陽電池および人工光合成系にアンテナ色素を導入することでその効率を増加することができた。今後の展開として、レーザー光ではなく、太陽光強度でアップコンバージョンを効率よく行う材料を組み合わせることにより、その効率増加を期待できる。
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