色素増感型酸化チタン太陽電池の実用化研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11358006
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 柳田 祥三 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (10029126)
• 研究分担者: 長谷川 靖哉 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (80324797) ; 北村 隆之 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (40294037) ; 和田 雄二 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (40182985)
• キーワード: 太陽電池 / 色素増感 / 酸化チタン / 微結晶 / 多孔質 / 電子移動 / 結晶系制御 / 導電性炭素材料

研究概要

(1)低分子ゲル化剤を用いた擬固体化色素増感太陽電池の電解質溶液中のヨウ素酸化還元対の電子伝達機構について検討し、イオンの拡散だけではなく、要素間の結合の相互変換を伴う電子ホッピング(Grotthuss型)によることを明らかにした。また、常温で液体で蒸気圧がなく、不燃性の溶融塩を用いた太陽電池を構築し、かつ、溶融塩とゲル化剤を組み合わせた擬固体太陽電池を構築し、80℃の高温下でも安定な色素増感太陽電池の構築に成功した。
(2)色素増感太陽電池の作用電極である多孔質酸化チタン中の、電子伝達挙動について理論的な解析を試み、電解質中のイオンの種類、濃度の影響から、電子の移動がアンバイポーラー拡散によること、またイオンの酸化チタン表面への強い吸着が電子移動速度を加速させることを明らかにした。
(3)酸化チタン微結晶の結晶系を精密に制御し、同じ原料から純粋なアナタースおよびルチル結晶を作り分けることに成功した。また結晶系の違いによる電子伝達挙動に違いを明らかにした。
(4)水溶性のセルロース増粘剤を用いた酸化チタンゾルを調製し、有機溶媒を用いないスクリーンプリント法による多孔質酸化チタン電趣作製法を開発した。
(5)導電性高分子を用いた固体型色素増感太陽電池の改善を行った。対極にカーボンブラック粒子からなる導電性炭素材料を用いることで、性能は従来の6倍まで向上した。

研究成果

• [文献書誌] H.Yin, et al.: "Hydrothermal Synthesis of Nanosized Anatase and Rutille Ti0_2 Using Amorphous Phase TiO_2"J.Mater.Chem.. 11. 1694-1703 (2001)
• [文献書誌] S.Nakade, et al.: "Effects of Lithium Ion Density on Electron Transport in Nanoporous TiO_2 Electrodes"J.Phys.chem.B. 105. 9150-9152 (2001)
• [文献書誌] D.Zhang, et al.: "Nanocrystalline T10_2 Electrodes Prepared by Water-Medium Screen Printing Technique"Chem.Lett.. 938-939 (2001)
• [文献書誌] T.Kitamura, et al.: "Improved So1id-State Dye Solar Cel1s with Polypyrrole using a Carbon-Based Counter Electrode"Chem.Lett.. 1454-1455 (2001)
• [文献書誌] W.Kudo, et al.: "Quasi-solid-state Dye-Sensitized TiO_2 Solar Cells Effective Charge Transport in Mesoporous Space Filled with Gel Electrolytes Containing Iodide and Iodine"J.Phys.chem.B. 105. 12809-12815 (2001)
• [文献書誌] 北村隆之: "果物から太陽電池?!-色素増感型太陽電池-"うちゅう. 18. 4-9 (2002)
• [文献書誌] H.Yin, et al.: "Novel Synthesis of Phase-pure Nano-particle Anatase and Rutile Ti0_2 Using TiCl_4 Aqueous Solutions"J.Mater.Chem.. 11. 378-383 (2002)
• [文献書誌] W.Kubo, et al.: "Quasi-solid-state Dye-Sensitized Ti0_2 Solar Cells Using Room Temperature Molten Salts and Low Molecular Weight Gelator"Chem.Commun. 374-375 (2002)
• [文献書誌] S.Kanbe, et al.: "Influence of the Electrolytes on Electron Transport in Mesoporous TiO_2-Electrolyte Systems"J.Phys.chem.B. (印刷中).
• [文献書誌] S.Kanbe, et al.: "Effects of Crystal Structure, Size, Shape and Surface Structural Differences on Photo-induced Electron Transport in TiO_2 Mesoporous Electrodes"J.Mater.Chem.. (印刷中).