2016 Fiscal Year Annual Research Report
スピン反転励起の解明と広帯域色素増感太陽電池への応用
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26708022
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
木下 卓巳 東京大学, 先端科学技術研究センター, 特任助教 (60635168)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 光化学 / 光エネルギー変換 / 色素増感太陽電池 / 多接合太陽電池 / スピン軌道相互作用 / 近赤外光電変換 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、色素増感太陽電池の大幅な広帯域化を可能にするために、金属錯体の示すスピン反転励起のメカニズムを明らかにし、広帯域・超高効率色素増感太陽電池の実現へと展開するためのデバイス設計を行っている。今年度は、①スピン反転励起のメカニズムの解明、②長波長化に向けた色素励起状態の制御、③高効率タンデムセルの構築を目標とし、それぞれ研究を進めた。以下に本年度の概要を示す。
①スピン反転励起のメカニズムの解明―(1)金属錯体色素の単結晶X線構造解析により中心金属と配位子の結合距離の精密な距離を解析することができた。(2)金属錯体色素の構造が明らかになったことにより、各金属錯体における交換積分を評価することが可能となった。
②長波長化に向けた色素励起状態の制御―(1)ホスフィン配位子の結合力によって、金属配位子間の結合距離が変化し、スピン軌道相互作用の大きさやエネルギーの精密制御が可能であることが明らかになった。(2)π共役配位子の共役系拡張により、遷移確率を向上させることが可能となり、近赤外領域の吸収強度向上に成功した。
③高効率タンデムセルの構築―(1)コバルトレドックス電解液を用いた可視光高電圧型色素増感太陽電池と組み合わせた多接合セルを構築することにより、更なる高性能化に成功した。(2)色素増感太陽電池で世界初となる4接合型太陽電池の実証に成功し、15％を超えるエネルギー変換効率が確認された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
今年度は長波長化に向けた色素励起状態の精密制御について研究を進める予定であったが、当初の計画以上の成果が得られた。色素の励起状態の制御については、単結晶X線構造解析によって金属錯体の詳細な構造が明らかになり、金属－ホスフィン配位子間の結合距離が金属－ターピリジル系配位子間の距離にも影響を与えていることが明らかになった。それを利用することにより、金属錯体の交換エネルギー制御が可能であることが分かった。一方、色素増感太陽電池の近赤外領域の分光感度得性能向上によって多接合セルへの応用の幅が広がり、当初2接合を想定していた構成で4接合まで展開できることが実証された。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題の当初の目標である、スピン反転励起の起源解明と制御、酸化チタンへの電子移動の最適化、及び広帯域色素を用いた高効率タンデムセルについてはこれまでに当初の計画以上の成果が得られている。今後は、広帯域色素増感太陽電池の全固体化や、多接合セルの合理的なデバイス設計及び高性能化という高い目標に向けた研究を進めていく予定である。
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| Causes of Carryover |
輸入機器の購入を検討していたが、為替の急騰により購入を控えた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
今年度導入する予定である。
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