Synthesis of multinuclear complexes as sensitizers for high efficiency dye-sensitized solar cells based on cobalt redox electrolyte

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26810133
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 舩木 敬 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 太陽光発電研究センター, 主任研究員 (80450659)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 太陽電池 / 色素増感太陽電池 / ルテニウム錯体色素 / コバルトレドックス / 多核錯体

Outline of Annual Research Achievements

次世代型太陽電池の実現を目指し、高い開放電圧が得られるコバルト（Co）レドックスと可視光から近赤外光までの幅広い光を利用できるルテニウム（Ru）錯体色素を用いた高性能色素増感太陽電池を開発している。この電池システムでは、Coレドックス→Ru錯体色素の再生過程が遅い、またCoレドックスへの逆電子移動が速いことなどが原因となり充分な性能が得られていない。そこで、色素の再生過程の改善と逆電子移動の抑制を図るべく、Ru錯体色素にドナー錯体を連結した多核錯体を設計・合成し、新概念の色素増感太陽電池の創製を検討した。
本研究の多核錯体はRu錯体色素・スペーサー・ドナー錯体からなる複雑な構造をしており、高い合成技術と設計指針が求められる。また、色素の再生過程に生ずる電子移動ではスペーサーの構造が大きな影響を与えると考えられたことから、構造と電子移動の相関を明らかにするためのスペーサー探索も必要である。そこで、基本となる合成経路の確立を検討するとともに、異なる構造のスペーサーを用いた多核錯体の合成を並行して行った。スペーサー部分に剛直でπ共役系を拡げられるエチニル基を持つもの、ビピリミジン、ピリジルピラジン、ビス（ビピリジル）エタン誘導体を用いて種々の合成方法で検討した結果、ビピリジンをスペーサーに用いた場合に多核錯体の生成を確認できた。しかしながら、色素として電池に組み込んで性能を評価するには、目的物に含まれている不純物を取り除く必要があるため、この多核錯体の再合成を行い精製を試みている。
また、多核錯体とCoレドックスに適した電池作成条件を見出すために、多核錯体の部分構造を持つRu錯体色素を合成した。これらのRu錯体色素を組み込んだ色素増感太陽電池を作製して電池性能を評価し、得られた研究成果を学会で発表した。