自己組織化電析を利用した色素増感型太陽電池の作製

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13555236
• 研究機関: 岐阜大学
• 研究代表者: 箕浦 秀樹 岐阜大学, 工学研究科, 教授 (40021612)
• 研究分担者: 荒川 裕則 独立行政法人産業技術総合研究所, 光反応制御研究センター, センター長 ; 松居 正樹 岐阜大学, 工学部, 教授 (60108058) ; 吉田 司 岐阜大学, 工学研究科, 助手 (90273127)
• キーワード: 色素増感太陽電池 / 自己組織化電析 / ナノポーラス / キサンテン系色素 / 水熱処理

研究概要

Zn^<2+>イオンと色素分子を含む水溶液中における溶存酸素の電解還元反応を利用して色素担持酸化亜鉛薄膜を得ることができるが、今年度は特にエオシンYをテンプレート剤として用い、様々な色素を担持した薄膜の作製を試みた。その結果、エオシンYが電解還元を受ける電位での電解により得られる色素担持酸化亜鉛薄膜は、ナノメーターオーダーのボイドを有するナノポーラス構造を有し、しかも色素分子がすべて酸化亜鉛表面上に化学吸着し、電解液のアクセスを可能にする構造であるため、色素の脱着も可能であり、それを利用して様々な色素を再吸着させることにより、カラフル酸化亜鉛薄膜を得ることができた。マゼンタ用にエオシンY,イエロー用にクマリン343色素を用いた酸化亜鉛/色素薄膜では90%に及ぶ光電流量子効率という高い値を示した。実際にこれを用いて太陽電池を構成したところ、太陽光照射下でモーターを駆動することを確認し、カラフル太陽電池への可能性を実証した。ITOコートPETフィルム上への製膜も同様に可能であり、本法により太陽電池のフィルム化が可能であることを確認した。
酸化チタン微粒子をチタン塩水溶液と混ぜてコロイドを調製し、それをITOコートPETフィルム上にコートして得た膜を100℃で水熱処理することにより、アナターゼあるいはルチル酸化チタンを得た。N3色素を担持した膜を光電極として太陽電池を構成し、白色光照射下で3.3%というオールプラスチック太陽電池としては世界最高レベルの変換効率を得た。透明導電性ガラスを基板として、同様な膜を得、450℃で焼成後、色素担持を行なって得られた膜を用いる太陽電池においては、白色光照射下でその変換効率は10%に達することが分かった。

研究成果

• [文献書誌] T.Yoshida, A.Shinada, T.Oekermann, T.Sugiura, H.Minoura: "Time-and Frequency-Resolved Photoelectrochemical Investigations on Nano-Honeycomb TiO_2 Electrodes"Electrochemistry. 70・6. 281-284 (2002)
• [文献書誌] D.Zhang, M.Yamamoto, T.Yoshida, H.Minoura: "Natural Dye Sensitized Solar Cells"Trans. Mater. Res. Soc. Jpn. 27・4. 811-814 (2002)
• [文献書誌] T.Yoshida, T.Oekermann, K.Okabe, K.Funabiki, H.Minoura: "Cathodic Electrodeposition of ZnO/Eosin Y Hybrid Thin Films from Dye Added Zinc Nitrate Bath and Their Photoelectrochemical Chracterizations"Electrochemistry. 70・6. 331-348 (2002)
• [文献書誌] S.Karuppuchamy, K.Nonomura, T.Yoshida, T.Sugiura, H.Minoura: "Cathodic Electrodeposition of Oxide Semiconductor Thin Films and Their Applications to Dye-Sensitized Solar Cells"Solid State Ionics. 151. 19-27 (2002)
• [文献書誌] 吉田 司, 箕浦秀樹: "フィルム型カラフル太陽電池の開発"月刊エコインダストリー. 8・3. 27-33,69 (2003)
• [文献書誌] D.Zhang, T.Yoshida, H.Minoura: "Low Temperature Fabrication of Efficient Porous Titania Photoelectrodes by Hydrothermal Crystallization at the Solid/Gas Interface"Advanced Materials. (掲載予定). (2003)