非平衡液中プラズマによる金属酸化物薄膜の形成と色素増感太陽電池のモジュール化

• 研究課題/領域番号: 17K06817
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 複合材料・表界面工学
• 研究機関: 静岡大学
• 研究代表者: 奥谷 昌之 静岡大学, 工学部, 准教授 (00293605)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2018年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2017年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
• キーワード: 非平衡二次元プラズマ / 誘電体バリア放電 / 薄膜 / 色素増感太陽電池 / 沿面放電 / 液中プラズマ / 太陽電池モジュール

研究成果の概要

本研究では、電極とガラス基板間に生じる微小空洞内に非平衡平面プラズマを発生させることに成功した。そこで、仮焼状態のTiO2/FTOガラスをチタンテトライソプロポキシド溶液中にセットし、プラズマ処理によりTiO2粒子間のネッキングを促進させた。
プラズマ処理後、色素増感太陽電池(DSSC)用電極として一般的な10～20 nmの粒子が確認されたため、実際にこれを利用した太陽電池を作成した。この結果、N2/O2混合ガスから発生するプラズマを利用して作成した電池で変換効率3.7%が得られた。特にN2ガス由来のプラズマの有効性が確認され、この手法によるDSSC作成への道筋を示すことができた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

一般的なプラズマを利用した製膜では、基板に対し高エネルギープラズマへの耐抗性・耐熱性が要求され、汎用的な低融点基板への適用が難しい。さらに、マスキングやレジストといった追加処理が要求される。一方、液相からの化学的手法による低温製膜やパターニングにおいて、バルクの液相中では均一分散している修飾子であっても、溶媒を除去する過程で基板からの影響を強く受ける。
本研究では独自に開発した大気圧非平衡平面プラズマによる製膜技術を発展させ、液相中の微小空洞へのプラズマ閉じ込め効果を利用した新規製膜技術の確立、およびその応用を目的とする新たな研究である。

研究成果

• [国際共同研究] ブダペスト経済工科大(ハンガリー)
• [国際共同研究] ペラデニア大(スリランカ)
• [国際共同研究] ブダペスト経済工科大(ハンガリー)
• [国際共同研究] ペラデニア大(スリランカ)
• [雑誌論文] Spray Angle Dependence for the Growth of Terrace-truncated Nanocone Structure of Gallium-doped Zinc Oxide by Advanced Spray Pyrolysis Deposition Technique (2020)
  • 著者名/発表者名: Attanayake Sameera、Okuya Masayuki、Murakami Kenji
  • 雑誌名: International Journal of Technology 巻: 11 号: 1 ページ: 81-81
  • DOI: 10.14716/ijtech.v11i1.3068
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Complete coverage of perovskite materials over ZnO Nanorods with Multiwalled Carbon Nanotubes (MWCNTs) as Hole Transport Material (HTM) (2020)
  • 著者名/発表者名: Bramantyo Albertus、Poespawati Nji Raden、Udhiarto Arief、Murakami Kenji、Okuya Masayuki
  • 雑誌名: IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 巻: 715 号: 1 ページ: 012057-012057
  • DOI: 10.1088/1757-899x/715/1/012057
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Growth of Zinc Oxide Nanorods with the Thickness of Less than or Equal to 1?μm through Zinc Acetate or Zinc Nitrate for Perovskite Solar Cell Applications (2019)
  • 著者名/発表者名: Bramantyo Albertus、Murakami Kenji、Okuya Masayuki、Udhiarto Arief、Poespawati Nji Raden
  • 雑誌名: Journal of Engineering 巻: 2019 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1155/2019/2793853
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Synthesis and characterization of Al-doped ZnO terrace-truncated nanocone structure by the advanced spray pyrolysis deposition technique (2019)
  • 著者名/発表者名: Attanayake Sameera、Okuya Masayuki、Murakami Kenji
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 58 号: 8 ページ: 080904-080904
  • DOI: 10.7567/1347-4065/ab2e8a
  • NAID: 120006708968
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Morphological and Structural Study of Vertically Aligned Zinc Oxide Nanorods Grown on Spin Coated Seed Layers (2019)
  • 著者名/発表者名: Bramantyo Albertus、Murakami Kenji、Okuya Masayuki、Udhiarto Arief、Poespawati Nji Raden
  • 雑誌名: International Journal of Technology 巻: 10 号: 1 ページ: 147-147
  • DOI: 10.14716/ijtech.v10i1.2012
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] TiO2/TNO homojunction introduced in a dye-sensitized solar cell with a novel TNO transparent conductive oxide film (2018)
  • 著者名/発表者名: Okuya Masayuki、Sato Jun、Endo Takeshi、Iwaki Ryo、Takemura Shuichiro、Muramoto Ryosuke、Nagygyorgy Viola、Madarasz Janos、Nakao Shoichiro、Yamada Naoomi、Sakai Enju、Hitosugi Taro、Hasegawa Tetsuya
  • 雑誌名: Journal of the American Ceramic Society 巻: 101 号: 11 ページ: 5071-5079
  • DOI: 10.1111/jace.15751
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] TiO2/TNO homojunction introduced in a dye-sensitized solar cell with a novel TNO transparent conductive oxide film (2018)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Okuya, Jun Sato, Takeshi Endo, Ryo Iwaki, Shuichiro Takemura, Ryosuke Muramoto, Viola Nagygyourgy, Janos Madarasz, Shoichiro Nakao, Naoomi Yamada, Enju Sakai, Taro Hitosugi,Tetsuya Hasegawa
  • 雑誌名: Journal of the American Ceramic Society 巻: 印刷中
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Structural characterizations of organic-based materials with extensive mechanoluminescence properties (2017)
  • 著者名/発表者名: Ranasinghe R.A.D.M.、Tanaka Yasutaka、Okuya Masayuki、Shimomura Masaru、Murakami Kenji
  • 雑誌名: Journal of Luminescence 巻: 190 ページ: 413-423
  • DOI: 10.1016/j.jlumin.2017.05.073
  • NAID: 120006644919
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] マイクロ波加熱法によるITO透明導電膜の作製と色素増感太陽電池への応用 (2020)
  • 著者名/発表者名: 内藤貫太、鈴木康介、奥谷昌之
  • 学会等名: 第67回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] ITO微粒子層の導入による高ヘイズFTO膜の作製と色素増感太陽電池への応用 (2020)
  • 著者名/発表者名: 久保田祐紳、山下佑海、奥谷昌之
  • 学会等名: 第67回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] TiO2 thin films prepared with a non-equilibrium two-dimensional plasma induced under various atmospheres (2019)
  • 著者名/発表者名: Shinji Mayumi、Minato Sawamura、Junpei Sagisaka、Ryosuke Okumura、Yuki Masuda、Masayuki Okuya
  • 学会等名: 29th Annual Meeting of MRS-J
  • 国際学会
• [学会発表] Fabrication of porous-TiO2 layers with a non-equilibrium two-dimensional plasma and their application to dye sensitized solar cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Shinji Mayumi、Minato Sawamura、Junpei Sagisaka、Ryosuke Okumura、Yuki Masuda、Masayuki Okuya
  • 学会等名: 29th Annual Meeting of MRS-J
  • 国際学会
• [学会発表] Porous-TiO2 layers prepared by a microwave heating technique and their application to dye-sensitized solar cells with a high-haze FTO film (2019)
  • 著者名/発表者名: Kosuke Suzuki、Kanta Naito、Ayato Iketani、Masayuki Okuya
  • 学会等名: 29th Annual Meeting of MRS-J
  • 国際学会
• [学会発表] High-haze FTO transparent conductive oxide film with a SnO2 nano-particle layer for dye-sensitized solar cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Yumi Yamashita、Yoshinobu Kubota、Jun Sato、Masayuki Okuya
  • 学会等名: 29th Annual Meeting of MRS-J
  • 国際学会
• [学会発表] 非平衡プラズマの活性種の検討による多孔質TiO2層の作製と色素増感太陽電池への応用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 眞弓慎司、澤村南斗、鷺坂潤平、奥村亮祐、奥谷昌之
  • 学会等名: 2019年 第80回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] TiO2膜の作製における非平衡二次元プラズマの活性種の検討 (2019)
  • 著者名/発表者名: 眞弓慎司、澤村南斗、鷺坂潤平、奥村亮祐、奥谷昌之
  • 学会等名: 2019年 第80回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] マイクロ波加熱法により作製された色素増感太陽電池におけるFTO透明導電膜のヘイズ率の影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 鈴木康介、内藤貫太、池谷綾斗、奥谷昌之
  • 学会等名: 2019年 第80回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] SnO2微粒子層の粒径制御による高へイズFTO膜の作製と色素増感太陽電池の高効率化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山下佑海、久保田祐紳、佐藤純、奥谷昌之
  • 学会等名: 2019年 第80回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 非平衡二次元プラズマによる多孔質TiO2層の作製と色素増感太陽電池への応用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 眞弓慎司, 奥村亮祐, 鷺坂潤平, 奥谷昌之
  • 学会等名: 日本セラミックス協会 第31回秋季シンポジウム
• [学会発表] 積層型FTO膜の導入による色素増感太陽電池の高効率化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山下佑海, 佐藤純, 采女敬史, 奥谷昌之
  • 学会等名: 日本セラミックス協会 第31回秋季シンポジウム
• [学会発表] マイクロ波加熱による多孔質TiO2層の粒成長制御と色素増感太陽電池への応用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 鈴木康介, 池谷綾斗, 奥谷昌之
  • 学会等名: 日本セラミックス協会 第31回秋季シンポジウム
• [学会発表] マイクロ波による急速加熱を利用した色素増感太陽電池の作製 (2018)
  • 著者名/発表者名: 鈴木康介, 池谷綾斗, 奥谷昌之
  • 学会等名: 第66回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] SnO2微粒子光散乱層導入によるFTO膜のヘイズ率制御と色素増感太陽電池の高効率化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山下佑海, 佐藤純, 奥谷昌之
  • 学会等名: 第66回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 非平衡液中プラズマを利用した新規製膜装置の開発とTiO2膜の作製 (2018)
  • 著者名/発表者名: 眞弓慎司, 鷺坂潤平, 奥村亮祐，奥谷昌之
  • 学会等名: 第66回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] ハイブリッド加熱によるTiO2/FTO積層膜の作製と色素増感太陽電池への応用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 池谷綾斗，鈴木康介，青山貴裕，奥谷昌之
  • 学会等名: 第12回日本電磁波エネルギー応用学会シンポジウム
• [学会発表] 非平衡液中プラズマを利用したTiO2膜の作製 (2018)
  • 著者名/発表者名: 鷺坂潤平，眞弓慎司，奥村亮祐，奥谷昌之
  • 学会等名: 第49回 中部化学関係学協会支部連合秋季大会
• [学会発表] 非平衡二次元プラズマを利用した多孔質TiO2層の作製と色素増感太陽電池への応用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 眞弓慎司, 鷺坂潤平, 奥村亮祐, 奥谷昌之
  • 学会等名: 第49回 中部化学関係学協会支部連合秋季大会
• [学会発表] マイクロ波照射下の誘電損失を利用した色素増感太陽電池の作製 (2018)
  • 著者名/発表者名: 鈴木康介, 池谷綾斗, 奥谷昌之
  • 学会等名: 第49回 中部化学関係学協会支部連合秋季大会
• [学会発表] 高へイズFTO透明導電膜の作製と色素増感太陽電池の高効率化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山下佑海, 佐藤純, 奥谷昌之
  • 学会等名: 第49回 中部化学関係学協会支部連合秋季大会
• [学会発表] Synthesis and Characterization of Ga Doped ZnO 1-D Nanostructures by Using Advanced Spray Pyrolysis Deposition Technique at Different Spraying Angles (2018)
  • 著者名/発表者名: A.M.S.L.B. Attanayake, Masayuki Okuya and Kenji Murakami
  • 学会等名: The 79th JSAP Autumn Meeting 2018
• [学会発表] 誘電体バリア放電を利用した多孔質TiO2層の作製と色素増感太陽電池への応用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 眞弓慎司, 奥村亮祐, 鷺坂潤平, 奥谷昌之
  • 学会等名: 2018年 第79回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 積層型FTO膜におけるヘイズ率の制御と色素増感太陽電池への応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 采女 敬史, 佐藤 純, 奥谷 昌之
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Formation and Characterization of Ga Doped ZnO 1-D Nanostructures by Using Advanced Spray Pyrolysis Deposition Technique (2017)
  • 著者名/発表者名: Sameera Attanayake, Masayuki Okuya, Kenji Murakami
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Perovskite-type solar cell based on ZnO Nanorods Array: Current-Voltage (I-V) Characteristics (2017)
  • 著者名/発表者名: Albertus Bramantyo, Masayuki Okuya, Kenji Murakami, Nji Raden Poespawati, Arief Udhiarto
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Optimization of a photovoltaic performance in a dye-sensitized solar cell (DSSC) by tuning a sheet resistance in FTO layer (2017)
  • 著者名/発表者名: Jun Sato, Keishi Uneme, Takeshi Endo and Masayuki Okuya
  • 学会等名: 27th Annual Meeting of MRS-J
  • 国際学会
• [学会発表] TiO2 film prepared with a non-equilibrium plasma induced in in a liquid phase (2017)
  • 著者名/発表者名: Ryosuke Okumura, Junpei Sagisaka, Yuki Masuda and Masayuki Okuya
  • 学会等名: 27th Annual Meeting of MRS-J
  • 国際学会
• [学会発表] 赤外・マイクロ波ハイブリッド加熱による色素増感太陽電池の作製 (2017)
  • 著者名/発表者名: 池谷 綾斗 、青山貴裕、 ヴィオラナジャージ 、ヤーノシュマダラス、 奥谷昌之
  • 学会等名: 第11回日本電磁波エネルギー応用学会シンポジウム
• [学会発表] 界面抵抗制御による色素増感太陽電池の最適化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 純, 遠藤 剛, 奥谷 昌之
  • 学会等名: 日本セラミックス協会 第30回秋季シンポジウム
• [学会発表] 非平衡液中プラズマを用いたTiO2膜の作製 (2017)
  • 著者名/発表者名: 奥村 亮祐, 鷺坂 潤平, 堀水 懸登,増田 優貴, 奥谷 昌之
  • 学会等名: 日本セラミックス協会 第30回秋季シンポジウム
• [学会発表] 赤外・マイクロ波ハイブリッド加熱による多孔質TiO2層の焼成と色素増感太陽電池への応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 池谷 綾斗, 青山 貴裕, Viola Nagygyörgy, János Madarász, 奥谷 昌之
  • 学会等名: 第78回応用物理学会 秋季学術講演会
• [学会発表] 液中非平衡プラズマを利用したTiO2膜の作製 (2017)
  • 著者名/発表者名: 奥村 亮祐, 鷺坂 潤平, 増田 優貴, 奥谷 昌之
  • 学会等名: 第78回応用物理学会 秋季学術講演会
• [学会発表] Perovskite-type solar cell base on ZnO Nanorods Array: the effect of molar ratio of PbI2 to MAI on formation of Perovskite Layer (2017)
  • 著者名/発表者名: Albertus Bramantyo, Kenji Murakami, Masayuki Okuya, Nji Raden Poespawati, Arief Udhiarto
  • 学会等名: 第78回応用物理学会 秋季学術講演会
• [図書] 次世代の太陽電池・太陽光発電 －その発電効率向上，用途と市場の可能性－ (2018)
  • 著者名/発表者名: 豊島安健, 近藤道雄, 中田仗祐, 村田正義 , 小林光, 小林悠輝, 傍島靖, 富永姫香, 吉野賢二, 岡本保, 高本達也, 伊﨑昌伸, 都甲薫, 山口真史, 荒木秀明, 末益崇, 櫛屋勝巳, 大島隆治, 丸本一弘, 奥谷昌之, 他46名
  • 総ページ数: 556
  • 出版者: 技術情報協会
  • ISBN: 9784861047077
• [図書] 次世代の太陽電池・太陽光発電 －その発電効率向上 用途と市場の可能性－ (2018)
  • 著者名/発表者名: 奥谷昌之（分担著）
  • 総ページ数: 556
  • 出版者: 技術情報協会
  • ISBN: 9784861047077
• [備考] 静岡大学奥谷研究室ホームページ
  • URL: http://okuyalab.sakura.ne.jp/
• [備考] 静岡大学奥谷研究室
  • URL: http://okuyalab.sakura.ne.jp/