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本研究では、太陽電池の光電変換機能と電池のエネルギー貯蔵機能を併せ持つ、光二次電池の開発を目的としている。既に我々は、電子供与体と電子受容体の二層膜に光を照射すると、電位発生・充電状態を数日間保持できる、全く新しいタイプの光二次電池となりうることを報告しているが、現段階では、発生電位、放電電流や蓄えられるエネルギー密度が低い。この問題の解決のために1)フェロセン置換ピロール誘導体の合成と電解重合、2)色素増感太陽電池との組合わせについて検討した。
まず、電子供与体(フェロセン)の電子受容体(ビオロゲン)層への拡散を防ぐために、フェロセンをピロールモノマーにアルキル鎖を介して直接結合させたフェロセン置換ピロール誘導体を合成し、これを電解重合により電極上に修飾し正極とした。フェロセンの導入により、期待したポリピロール膜の導電性の向上は、認められたが、光電荷分離状態の保持には逆効果となり、充電状態が不安定化した。
次に、光電池としての基本性能の向上を図る試みとして、高い光電変換効率が報告されている色素増感太陽電池との組合わせについて検討した。これまでのイオン伝導型有機薄膜の代わりに、多孔性n-型半導体に色素を吸着させて光陽極とし、これにp-型導電性高分子であるポリピロールを、光電解重合法を用いて積層させ太陽電池を作成したところ、効率が大幅に向上し、光エネルギー変換効率約1%を達成することができた。さらなる高効率化を図る試みとして、光陽極にエオシン色素を吸着させた酸化亜鉛/酸化スズ混合系電極を用いた湿式色素増感太陽電池が、従来の酸化チタン電極に比べて2倍近くの変換効率を示すことを新たに見いだし、その結果をChemistry Letters誌に発表した。
今後は、新たに見いだされた酸化亜鉛/酸化スズ混合系電極を用いて、光電変換効率の向上を図ると共に光二次電池への応用を検討する予定である。
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