2016 Fiscal Year Annual Research Report
High functionalization of dye-sensitized solar cells by hierarchical structure construction of titanium dioxide
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26810101
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| Research Institution | Tokai University |
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Principal Investigator |
冨田 恒之 東海大学, 理学部, 准教授 (00419235)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 二酸化チタン / 色素増感 / 太陽電池 / チタン錯体 / 結晶多形 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では色素増感太陽電池の高効率化を目的として、色素増感太陽電池の光活性電極として用いられる二酸化チタンをミクロ(原子配列)・メソ(粒子界面)・マクロ（膜の成層構造）の階層的構造構築を行い、太陽エネルギーの変換効率向上を目的とした。
2015年度までにおよそ7.7%のエネルギー変換効率は得られたが、より詳細な実験条件の最適化を行ったものの8%以上の効率は得られなかった。単一のセルではこれ以上のエネルギー変換効率を得ることは難しいと考えられた。そこで2016年度は、異なる色素の太陽電池や他の方式の太陽電池とのタンデム利用が可能となる、光透過型太陽電池の作製に注力した。
色素増感型太陽電池では二酸化チタン多孔質電極が最も光の散乱を起こしやすく、そこでアナターゼ型二酸化チタンナノ粒子を用いて光散乱を抑制した電極作製を行った。リンゴ酸チタン錯体を原料に用い、水熱反応によって20nm以下のアナターゼ型粒子が得られ、成膜後も高い透明性を持つことを確認した。１～２μｍ程度の薄い膜で色素の吸着量は多くなかったものの、460～600nmにおいて外部量子収率で10～15%の光電変換効率が得られた。透過した光は他の太陽電池による発電に利用でき、タンデム型太陽電池としての利用が期待できる光透過型色素増感太陽電池のための二酸化チタン電極が得られた。
研究期間全体を通じて、色素増感型太陽電池の最高効率を更新するには至らなかったが、色素吸着量を増大させる針状粒子や、高い電圧が取り出せるブルカイト型二酸化チタン、光散乱が抑制できるアナターゼナノ粒子薄膜電極など、いくつかの有益な成果が得られた。これらの知見は色素増感型太陽電池に加え、近年そのエネルギー変換効率の向上が著しい有機ペロブスカイト型太陽電池にも適用できる知見であり、太陽電池の分野に広く貢献できる成果と考えている。
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