Fabrication of copper-indium sulfide colloids prepared in water and their applications to the TiO2 based quantum dot-senitized solar cells

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26420730
• Research Institution: Osaka Institute of Technology
• Principal Investigator: 東本 慎也 大阪工業大学, 工学部, 准教授 (70368140)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: マイクロ波照射 / 量子ドット太陽電池 / Cu-In-Sナノコロイド / 高結晶化

Outline of Annual Research Achievements

研究期間全体を通して、有機溶媒を用いない環境への負荷をできるだけ抑えた、水媒体中で水溶性チオール類をコロイドの保護剤に用いて、ナノメートルサイズの銅－インジウム－硫化物（以下、CIS）量子ドットナノコロイドを合成し、それらを無機色素として用いた量子ドット太陽電池に関する研究を遂行した。
特に、平成28年度では、得られたCISナノコロイドにマイクロ波照射することでナノコロイドの結晶性を高めることに成功し、これらを無機光増感剤として用いたCIS-TiO2光電極が、高効率な湿式太陽電池の光電極材料として稼働することを見出した。下記に得られた知見を纏める。
１）各種In/Cu比率のCISコロイドを合成し、これらにマイクロ波を照射し、加熱温度を80℃から200℃まで変化させたところ、加熱温度が上昇するに従って、ナノコロイドの結晶性および粒子サイズが増加し、それらの光学特性は長波長側へとシフトした。
２）１）で合成したナノコロイドを光増感剤に用いてCIS-TiO2光電極を作製し、太陽電池特性について検討したところ、160℃でマイクロ波照射したCISナノコロイドが最も高いエネルギー変換効率を示し、6.1%を達成した。我々が知る限りでは、水媒体中で合成したCISナノコロイドの中で最も高い値を示すことを見出した。一方、光電気化学測定を駆使することでCISナノコロイド内に含まれる欠陥サイトの量についても定性的に検討を行った。その結果、この変換効率の向上は、CISナノコロイド内に含まれる欠陥サイトがマイクロ波照射により減少し、結晶性が向上したためであると結論付けた。

Research Products

• [Journal Article] Temperature and humidity characteristics of a CO2 sensor using a QCM coated with acrylonitrile-styrene copolymer (2017)
  • Author(s): Muraoka, S. , Higashimoto, S., Sadahiro, M., Yamauchi, K., Oue, H., Omatu, S.
  • Journal Title: IEEJ Transactions on Sensors and Micromachines Volume: 137 Pages: 115-120
  • DOI: 10.1541/ieejsmas.137.115
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Visible Light-Induced Photocatalysis on Carbon Nitride Deposited Titanium Dioxide: Hydrogen Production from Sacrificial Aqueous Solutions (2017)
  • Author(s): Higashimoto, S. , Hikita, K., Azuma, M., Yamamoto, M., Takahashi, M., Sakata, Y., Matsuoka, M., Kobayashi, H.
  • Journal Title: Chinese Journal of Chemistry Volume: 35 Pages: 165-172
  • DOI: 10.1002/cjoc.201600409
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Highly qualified copper-indium sulfide colloids prepared in water under microwave irradiation and their applications to the TiO2 based quantum dot-sensitized solar cells (2017)
  • Author(s): Higashimoto, S., Murano, M., Arase, T., Mukai, S., Azuma, M., Takahashi, M.
  • Journal Title: Solar Energy Materials and Solar Cells Volume: - Pages: -
  • DOI: 10.1016/j.solmat.2017.05.005 (in press)
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] High performance of TiO2 based solar cells sensitized with copper-indium sulfide colloids prepared in water: Roles of surface modifications with indium sulfide and zinc sulfide by SILAR methods (2016)
  • Author(s): Higashimoto, S. , Okada, T., Arase, T., Azuma, M., Yamamoto, M., Takahashi, M.
  • Journal Title: Electrochimica Acta Volume: 222 Pages: 867-874
  • DOI: 10.1016/j.electacta.2016.11.051
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 電解析出法を用いた酸化銅薄膜の作製と光電気化学特性 (2017)
  • Author(s): 冨田涼平、東本慎也
  • Organizer: 電気化学会第84回大会
  • Place of Presentation: 首都大学東京（東京都）
  • Year and Date: 2017-03-25
• [Presentation] 酸化銅薄膜電極のキャラクタリゼーションと光電気化学特性 (2016)
  • Author(s): 冨田涼平、東本慎也
  • Organizer: 第２６回キャラクタリゼーション講習会
  • Place of Presentation: 大阪工業大学大宮キャンパス（大阪市）
  • Year and Date: 2016-12-06
• [Presentation] マイクロ波照射によるCu－In－Sナノコロイドの高品質化とそれらを用いた太陽電池特性の高効率化 (2016)
  • Author(s): 向井駿、東本慎也
  • Organizer: 第２６回キャラクタリゼーション講習会
  • Place of Presentation: 大阪工業大学大宮キャンパス（大阪市）
  • Year and Date: 2016-12-06
• [Presentation] イオン液体を用いたCu-In硫化物増感太陽電池の高耐久化 (2016)
  • Author(s): 上撫直人、東本慎也
  • Organizer: 第２６回キャラクタリゼーション講習会
  • Place of Presentation: 大阪工業大学大宮キャンパス（大阪市）
  • Year and Date: 2016-12-06