2015 Fiscal Year Research-status Report
芳香族リン系イオン液体による導電性高分子の高機能化と色素増感太陽電池への応用
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26410104
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| Research Institution | Wakayama National College of Technology |
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Principal Investigator |
綱島 克彦 和歌山工業高等専門学校, 物質工学科, 教授 (90550070)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | イオン液体 / ホスホニウム塩 / 導電性高分子 / 電解重合 / 有機太陽電池 / 色素増感型太陽電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
色素増感太陽電池に用いられる白金電極の代替としてπ共役系導電性高分子材料が検討されているが、イオン液体電解質との組み合わせで用いられた研究例はほとんどない。そこで本研究は、リン原子由来の特異性と機能性を発現する芳香族リン系ホスホニウムイオン液体を採りあげ、それらと導電性高分子材料を効果的に組み合わせることによって、新しい色素増感太陽電池電極系の構築を試みることを目的とした。
平成２７年度は本研究の三カ年計画の二年目であり、導電性高分子電極からのアプローチを主体として、これまでに設計して合成してきたホスホニウムイオン液体とのマッチングを図りながら、新しい電極系および電解質系としてのポテンシャルを検証した。まず、ポリピロール、ポリアニリンおよびポリチオフェンという典型的な導電性高分子材料から検討を行い、さらに種々の置換基を有する高導電型導電性高分子材料に展開した。この結果、N(SO2CF3)2-（TFSA）、N(SO2F)2-（FSA）やB(CN)4-（TCB）のアニオンを有する高導電型ホスホニウムイオン液体を電解質として用いた場合に、いずれの導電性高分子電極の場合にも高い電気化学応答を示すことが確認された。加えて、導電助剤としてカーボン粒子を懸濁させた電解液中でのアニリンの電解重合反応系でカーボン粒子を取り込んだ高導電性のコンポジット重合膜が得られており、この系についても当該イオン液体の有用性が見出された。さらなる拡張系として、ビフェニル骨格を有する芳香族ジアミン化合物をモノマーとする電解重合反応系や当該ホスホニウムイオン液体を含有するアクリレート型ポリマー電解質系についても探索を行い、新たな導電性高分子電極系の可能性が示唆された。これらを足掛かりとして、当該イオン液体と導電性高分子とを融合させた新たな色素増感型太陽電池電極系の開発を推進していく予定である。
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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
前年度において設計したFSAアニオンやTCBアニオンを主体とする他に類を見ない豊富な種類のホスホニウムイオン液体を電解質として用い、それをポリピロール、ポリアニリンおよびポリチオフェンという典型的な導電性高分子材料系だけでなく、さらにpoly(3-hexyl- thiophene)（P3HT）やpoly(3,4-ethylenedioxythiophene)（PEDOT）等の高性能型導電性高分子材料系にも展開しながら、導電性高分子電極への当該ホスホニウムイオン液体の物理化学的および電気化学的効果を検証した。また、前年度に導入されたソーラーシミュレータの発電特性評価システムを立ち上げ、当該導電性高分子電極を用いた太陽電池セルの発電特性を評価する基盤が整ってきた。その結果、ホスホニウムイオン液体によってチューンされた電気化学活性や熱安定性の高い新たな導電性高分子電極系が見出された。さらに、カーボン粒子とのコンポジット導電性高分子系、芳香族ジアミン型導電性高分子系、および当該ホスホニウムイオン液体を含有するアクリレート型ポリマー電解質系についても次年度への布石として拡張して実施したこともあり、全体的な研究の進行状況としては概ね順調と判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究方針としては、本研究プロジェクトの締めくくりとして、前年度までにデザインして検証してきたホスホニウムイオン液体の導電性高分子電極に及ぼす効果の解析を更に深めつつ、それらを用いた色素増感型太陽電池セルの発電特性の向上を主眼に研究開発を推進する。具体的には、これまでポリピロールやポリチオフェン等のシンプルなポリマーに限定されていた高分子材料系を、P3HTやPEDOT等の高導電型導電性高分子系やカーボンコンポジット導電性高分子系に拡張し、これらを対向電極として用いた色素増感型太陽電池の更なる発電効率の向上を目指す。また、上記で得られた知見をイオン液体や導電性高分子の設計にもフィードバックしながら、さらに新しい太陽電池電極系への可能性も見出していく計画である。
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| Causes of Carryover |
平成２７年度では色素増感型太陽電池セル評価技術は一応確立したものの高い発電効率を評価するには未だ十分ではなく、そのため電解重合に関する試薬（各種モノマー材料等）や太陽電池セルの部材等（電極材料、半導体ペースト材料、電解液、増感色素等）の更なる購入を次年度に延期した。さらに、平成２７年度では研究成果発表と調査のための海外での国際会議に参加したが、得られた研究成果をすべて発表するには十分ではなく、次年度にも延期した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
当初計画した平成２８年度の研究計画に大幅な変更はなく、上記次年度使用額を加算した翌年度分の助成金額については、当初の計画通りの翌年度分の充当額に加えて、平成２７年度にて延期した電解重合に関する試薬や太陽電池セルの部材等の購入および海外で開催される国際会議参加についても充当する。これらの試薬や部材等の購入や国際会議参加については平成２８年度での研究開発計画にも密接に関連するものであり、今後の研究推進に支障はない。
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Research Products
(19 results)
