銅-インジウム系複合硫化物を光増感剤とした湿式型太陽電池の創成

• 研究課題/領域番号: 26420730
• 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: 構造・機能材料
• 研究機関: 大阪工業大学
• 研究代表者: 東本 慎也 大阪工業大学, 工学部, 准教授 (70368140)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2016年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2015年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2014年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
• キーワード: 量子ドット型太陽電池 / 無機色素光増感 / CIS-TiO2 / マイクロ波照射 / CISコロイド / 太陽光エネルギー変換効率 / 量子ドット太陽電池 / Cu-In-Sナノコロイド / 高結晶化 / 銅‐インジウム‐硫化物コロイド / 光電極 / カーボン電極 / 擬似太陽光 / エネルギー変換効率 / 多硫化物イオン / 湿式太陽電池 / 金属硫化物半導体

研究成果の概要

銅、インジウムならびに硫黄元素から構成されたCu-In-S系硫化物（以下、CIS）を有機溶媒を用いず、環境にやさしい水媒体を用いたソフトプロセス法により、ナノメートルサイズのCIS量子ドットナノコロイドを合成した。また、160℃で短時間でCISコロイドにマイクロ波を照射することにより、CISの結晶性を高めた。これらを無機色素光増感剤として用いて、太陽光エネルギーを有効活用できるCIS-TiO2光電極材料を作製し、量子ドット太陽電池の特性について検討を行った。その結果、我々は、水媒体中で合成したCISコロイドを用いて、エネルギー変換効率（PCE）6.12%を得ることに成功した。

研究成果

• [雑誌論文] QCMを用いたCO₂センサの温湿度特性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 村岡茂信，東本慎也，貞弘政紀，山内謙，大植弘義，大松繁
  • 雑誌名: 電気学会論文誌Ｅ（センサ・マイクロマシン部門誌） 巻: 137 号: 4 ページ: 115-120
  • DOI: 10.1541/ieejsmas.137.115
  • NAID: 130005529936
  • ISSN: 1341-8939, 1347-5525
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Visible Light-Induced Photocatalysis on Carbon Nitride Deposited Titanium Dioxide: Hydrogen Production from Sacrificial Aqueousw Solutions (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Higashimoto, K. Hikita, M. Azuma, M. Yamamoto, M. Takahashi, Y. Sakata, M. Matsuoka, and H. Kobayashi
  • 雑誌名: Chin. J. Chem 巻: 35 号: 2 ページ: 165-172
  • DOI: 10.1002/cjoc.201600409
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Highly qualified copper-indium sulfide colloids prepared in water under microwave irradiation and their applications to the TiO2 based quantum dot-sensitized solar cells (2017)
  • 著者名/発表者名: Higashimoto, S., Murano, M., Arase, T., Mukai, S., Azuma, M., Takahashi, M.
  • 雑誌名: Solar Energy Materials and Solar Cells 巻: - ページ: 203-209
  • DOI: 10.1016/j.solmat.2017.05.005
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] High performance of TiO2 based solar cells sensitized with copper-indium sulfide colloids prepared in water: Roles of surface modifications with indium sulfide and zinc sulfide by SILAR methods (2016)
  • 著者名/発表者名: Higashimoto, S. , Okada, T., Arase, T., Azuma, M., Yamamoto, M., Takahashi, M.
  • 雑誌名: Electrochimica Acta 巻: 222 ページ: 867-874
  • DOI: 10.1016/j.electacta.2016.11.051
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Photocatalysis of titanium dioxide modified by interfacial surface complexes (ISC) with different substituted group (2015)
  • 著者名/発表者名: Shinya Higashimoto, Takuya Nishi; Miki Yasukawa; Masashi Azuma, Yoshihisa Sakata, Hisayoshi Kobayashi
  • 雑誌名: J. Catal. 巻: 329 ページ: 286-290
  • DOI: 10.1016/j.jcat.2015.05.010
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] DFT study on the reaction mechanisms behind the catalytic oxidation of benzyl alcohol into benzaldehyde by O2 over anatase TiO2 surfaces with hydroxyl groups: Role of visible-light irradiation (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Kobayashi, S. Higashimoto
  • 雑誌名: Applied Catalysis B: Environmental 巻: 170-171 ページ: 135-143
  • DOI: 10.1016/j.apcatb.2015.01.035
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Inorganic dye-sensitized solar cell employing In-enriched Cu-In-S ternary colloids prepared in water media (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Higashimoto, S. Inui, T. Nakase, M. Yamamoto, M. Takahashi
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 5 号: 88 ページ: 71743-71748
  • DOI: 10.1039/c5ra10751b
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] One-pot synthesis of imine from benzyl alcohol and nitrobenzene on visible-light responsive CdS-TiO2 photocatalysts (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Higashimoto, Y. Nakai, M. Azuma, M. Takahashi, Y. Sakata
  • 雑誌名: RSC Advance 巻: 4 号: 71 ページ: 37662-37668
  • DOI: 10.1039/c4ra06231k
  • 査読あり
• [雑誌論文] A CO2 sensor using a quartz crystal microbalance coated with a sensitive membrane (2014)
  • 著者名/発表者名: Shigeki Muraoka, Yuya Kiyohara, Hiroyoshi Ohue, Shinya Higashimoto
  • 雑誌名: Electronics and Communications in Japan 巻: 97 (2) 号: 2 ページ: 20-23
  • DOI: 10.1002/ecj.11601
  • NAID: 210000173290
  • 査読あり
• [学会発表] 電解析出法を用いた酸化銅薄膜の作製と光電気化学特性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 冨田涼平、東本慎也
  • 学会等名: 電気化学会第84回大会
  • 発表場所: 首都大学東京（東京都）
  • 年月日: 2017-03-25
• [学会発表] 酸化銅薄膜電極のキャラクタリゼーションと光電気化学特性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 冨田涼平、東本慎也
  • 学会等名: 第２６回キャラクタリゼーション講習会
  • 発表場所: 大阪工業大学大宮キャンパス（大阪市）
  • 年月日: 2016-12-06
• [学会発表] マイクロ波照射によるCu－In－Sナノコロイドの高品質化とそれらを用いた太陽電池特性の高効率化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 向井駿、東本慎也
  • 学会等名: 第２６回キャラクタリゼーション講習会
  • 発表場所: 大阪工業大学大宮キャンパス（大阪市）
  • 年月日: 2016-12-06
• [学会発表] イオン液体を用いたCu-In硫化物増感太陽電池の高耐久化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 上撫直人、東本慎也
  • 学会等名: 第２６回キャラクタリゼーション講習会
  • 発表場所: 大阪工業大学大宮キャンパス（大阪市）
  • 年月日: 2016-12-06
• [学会発表] One-pot Synthesis of Imine from Benzyl Alcohol and Nitrobenzene on Visible-light Responsive CdS-TiO2 Photocatalysts (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Higashimoto, Y. Nakai
  • 学会等名: International Symposium on Nanostructured Photocatalysts and Catalysts
  • 発表場所: Suita Campus, Osaka University
  • 年月日: 2016-04-19
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] バイメタル担持光触媒を用いたベンゼンからフェノールへのワンステップ合成 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大木淳史，東本慎也
  • 学会等名: 日本エネルギー学会関西支部 第60 回研究発表会 石油学会関西支部 第24 回研究発表会
  • 発表場所: 大阪大学中之島センター
  • 年月日: 2015-12-04
• [学会発表] 水溶液中で合成したCu-In-S 硫化物コロイドを光増感剤に用いた湿式太陽電池の高効率化 (2015)
  • 著者名/発表者名: 荒瀬太佑，東本慎也
  • 学会等名: 日本エネルギー学会関西支部 第60 回研究発表会 石油学会関西支部 第24 回研究発表会
  • 発表場所: 大阪大学中之島センター
  • 年月日: 2015-12-04
• [学会発表] 各種金属助触媒担持酸化タングステン光触媒上でのトルエンの光分解反応 (2015)
  • 著者名/発表者名: 勝浦 健太、東 正志、東本 慎也
  • 学会等名: 第８回触媒表面化学研究発表会
  • 発表場所: 関西大学 尚文館
  • 年月日: 2015-10-30
• [学会発表] 銅－インジウム－硫化物コロイドを無機光増感剤とした太陽電池の高効率化：保護剤の影響 (2015)
  • 著者名/発表者名: 中瀬 拓斗、東 正志、東本 慎也
  • 学会等名: 第８回触媒表面化学研究発表会
  • 発表場所: 関西大学 尚文館
  • 年月日: 2015-10-30
• [学会発表] 電解析出法によるP型CuO薄膜の作製とその光電気化学特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 富田 涼平、東 正志、東本 慎也
  • 学会等名: 第８回触媒表面化学研究発表会
  • 発表場所: 関西大学 尚文館
  • 年月日: 2015-10-30
• [学会発表] 水溶液法を用いて合成した銅-インジウム系硫化物コロイドを光増感剤に用いた色素増感太陽電池 (2015)
  • 著者名/発表者名: 東本慎也,中瀬拓人
  • 学会等名: 日本化学会第95春季年会
  • 発表場所: 日本大学理工学部 船橋キャンパス
  • 年月日: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [学会発表] タングストリン酸で表面修飾したTiO2光触媒を用いたベンゼンからフェノールへの変換反応 (2014)
  • 著者名/発表者名: 勝浦健太、東正志、大植弘義、東本慎也
  • 学会等名: 日本エネルギー学会関西支部 第59 回研究発表会
  • 発表場所: 京都大学桂キャンパス
  • 年月日: 2014-12-05
• [学会発表] 可視光応答型CdS/TiO2 光触媒上でのニトロベンゼンと芳香族アルコールからのワンポットイミン合成：各種置換基および (2014)
  • 著者名/発表者名: 仲井雄太、東正志、大植弘義、東本慎也
  • 学会等名: 日本エネルギー学会関西支部 第59 回研究発表会
  • 発表場所: 京都大学桂キャンパス
  • 年月日: 2014-12-05
• [学会発表] 芳香族アルコールとニトロベンゼンからの光触媒的ワンポットイミン合成 (2014)
  • 著者名/発表者名: 仲井雄太、東正志、東本慎也
  • 学会等名: 第７回触媒表面化学研究発表会
  • 発表場所: 関西大学
  • 年月日: 2014-10-31
• [学会発表] Pt/WO3を用いた可視光照射下でのトルエンの完全光分解反応：TiO2の複合効果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 勝浦健太、東正志、東本慎也
  • 学会等名: 第７回触媒表面化学研究発表会
  • 発表場所: 関西大学
  • 年月日: 2014-10-31
• [学会発表] Cu-In-Sからなる複合金属硫化物コロイドを担持したTiO2光触媒上での水からの水素生成 (2014)
  • 著者名/発表者名: 岡本暁道、東正志、東本慎也
  • 学会等名: 第７回触媒表面化学研究発表会
  • 発表場所: 関西大学
  • 年月日: 2014-10-31
• [学会発表] WO3-TiO2光触媒を用いたベンゼンからフェノールのワンステップ合成 (2014)
  • 著者名/発表者名: 波多野玲子、松田真季、東正志、東本慎也
  • 学会等名: 第７回触媒表面化学研究発表会
  • 発表場所: 関西大学
  • 年月日: 2014-10-31
• [学会発表] TiO2光触媒上での可視光照射による芳香族アルコールの選択的変換反応 (2014)
  • 著者名/発表者名: 東本慎也、小林久芳
  • 学会等名: 第３３回光がかかわる触媒化学シンポジウム
  • 発表場所: 東京理科大学葛飾キャンパス
  • 年月日: 2014-07-18
• [学会発表] 可視光照射下での芳香族アルコールとニトロベンゼンからの光触媒的ワンポットイミン合成 (2014)
  • 著者名/発表者名: 仲井雄太、東正志、東本慎也
  • 学会等名: 第３３回光がかかわる触媒化学シンポジウム
  • 発表場所: 東京理科大学葛飾キャンパス
  • 年月日: 2014-07-18
• [学会発表] Experimental and theoretical study on the selective photocatalytic oxidation of aromatic alcohols into corresponding carbonyl compounds on the TiO2 under visible-light irradiation (2014)
  • 著者名/発表者名: Shinya Higashimoto, Hisayoshi Kobayashi
  • 学会等名: International Symposium on Nanostructured Catalysts and Photocatalysts
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2014-07-07 – 2014-07-08
  • 招待講演
• [図書] Nanostructured Photocatalysts (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Higashimoto, H. Yamashita, R. Abe, F. Amano, S. Hosokawa, Y. Ichihashi, T. Kamegawa, H. Kominami, K. Sayama, T. Tanaka, K. Teramura T. Toyao, A. Wan, W. Wang, S. Xiao, M. Xing
  • 総ページ数: 537
  • 出版者: Springer