研究課題
基盤研究(B)
1)ポーラスチタニア電極中のイオン拡散パスの構築(シミュレーション)ポーラスチタニア電極内のナノポア内でイオン拡散が阻害されるとどの程度太陽電池性能に影響を与えるかを見積もるために、太陽電池セルをモデル化しシミュレーションを行った。その結果、不揮発性電解液であるイオン液体を使った場合、I_3^-の拡散係数が10^<-6>cm^2/secから10^<-7>cm^2/secの間でJscはイオン拡散定数に大きく依存することがわかった。実測したバルク電解液中でのイオン拡散定数は10^<-6>cm^2/secから10^<-7>cm^2/secの間であり、ポーラスチタニア電極中でのイオン拡散の低下が直接Jscの低下に繋がることがわかった。一方アセトニトリル系電解液中でのI_3^-の拡散係数は10^<-7>cm^2/secから10^<-5>cm^2/secにかけて、Jscはイオン拡散に大きく依存する。アセトニトリル中のイオン拡散定数は10^<-5>cm^2/sec程度のため、チタニア電極細孔でのイオン拡散低下は、イオン液体ほど大きくはないが同じくJscに影響を与える可能性があることがわかった。2)ナノポーラスチタニア層にイオンパスを作製するために、針状チタニアの挿入、エレクトロスプレイ法による薄膜形成が有効であることを見出した。エレクトロスプレイでポジション法で作製した掃くには樹状構造が形成されていることが示唆された。3)電子パスの作製には、ポリシラン光反応によるチタニア決着剤の使用、低加速度EB照射、二酸化炭素超臨界中での色素着色が有効であることを見出した。ポリシランは光反応によりチタニアの一部と結合してチタニアを決着していると考えられた。二酸化炭素超臨界中で色素吸着させたところ、チタニアナノ界面の色素被覆率は増大し表面トラップのパッシベーションは期待できたが、grain boundaryのトラップが残存していることが示唆された。これらの結果を、色素吸着量の変化、電子拡散定数、電子寿命、インピーダンス測定、フラットバンド測定、イオン拡散定数を用いて説明した。
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