光機能界面を利用した太陽エネルギーの高効率変換

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14050023
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 藤嶋 昭 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (30078307)
• 研究分担者: 金子 正夫 茨城大学, 理学部, 教授 (90109794) ; 本多 謙介 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (60334314) ; 大古 善久 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (10304007) ; 江口 浩一 京都大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (00168775) ; 撰 達夫 鳥取大学, 工学部, 教授 (60032025)
• キーワード: 光機能界面 / 光エネルギー高効率変換 / 高機能光触媒 / 色素増感太陽電池 / 多孔質化

研究概要

実用化されているシリコン太陽電池に対して、更なるコストダウンを可能にする太陽電池として次世代薄膜型に期待が高まっている。その中でも色素増感型湿式太陽電池は安価な材料で簡単に製造できるものとして従来から研究されているが、液体である電解質を使うことに起因する信頼性・耐久性その他の問題でいまだに実用化に至っていない。今年度は、太陽エネルギーの高効率変換系の構築を目指して、色素増感型太陽電池の光電変換効率の向上及び安定化を主な課題として進めた。そのためには酸化チタン、色素、P型半導体等の電池を構成する各素子の接合技術が最も重要である。そこで、光電極の基板である酸化スズ導電性ガラス、酸化チタン薄膜、色素増感剤、ヨウ化銅等のP型半導体、対向電極のそれぞれの接合法に関して研究を行い、容易に製造できてしかも高効率かつ安定な太陽電池を開発するため研究を進めた。本研究では、研究のスピードアップを図るため、各々の研究成果を評価するために必要な共通の完全固体型太陽電池の標準体を作成することから研究を開始した。具体的には下記のとおりである。
1.導電性ガラスへの酸化チタン薄膜最適接合技術
本太陽電池における酸化チタン薄膜に対する仕様としては、従来の導電性が高く(電圧低下を防ぐ)、高表面積である(色素固定量を増やす)ことに加えて、固体であるヨウ化銅等のP型半導体との接合性がよいことが要求される。したがって電池の大型化と低コスト化を前提とした最適な酸化チタン前処理技術及び薄膜接合技術を基礎とした最適薄膜製造技術の開発研究を行った。
2.酸化チタンの多孔質化技術
酸化チタンの薄膜を形成するときに基材として用いられる酸化チタン微粒子の状態によって電池の光電変換効率が大きく異なることが知られている。再現性があり、しかも高性能な酸化チタン薄膜形成には基材の酸化チタン微粒子のサイズや形状の安定化が不可欠である。そこで微粒子か技術について検討した。特に、油/水界面を利用した界面反応法はサイズが一定した中空の球状微粒子が得られる方法であり、微粒子形状制御に適していると考えられる。

研究成果

• [文献書誌] M.Yoshimura, K.Honda, T.Kondo, T.N.Rao, D.A.Tryk, A.Fujishima: "Electrochemical examination of the ascorbic acid radical anion in non-aqueous electrolytes"Electrochimica Acta. 47. 4387-4392 (2002)
• [文献書誌] T.A.Ivandini, B.V.Sarada, C.Terashima, T.N.Rao, D.A.Tryk, H.Ishiguro, Y.Kubota, A.Fujishima: "Electrochemical Detection of Tricyclic Antidepressant Drugs by HPLC Using Highly Boron-Doped Diamond Electrodes"J. Electroanal. Chem.. 521. 117-126 (2002)
• [文献書誌] T.Kondo, Y.Einaga, B.V.Sarada, T.N.Rao, D.A.Tryk, A.Fujishima: "Homoepitaxial Single-Crystal Boron-Doped Diamond Electrodes for Electroanalysis"J. Electrochem. Soc.. 149(6). E179-E184 (2002)
• [文献書誌] C.Terashima, T.N.Rao, B.V.Sarada, D.A.Tryk, A.Fujishima: "Electrochemical Oxidation of Chlorophenols at a Boron-Doped Diamond Electrode and Their Determination by High-Performance Liquid Chromatography with Amperometric Detection"Anal. Chem.. 74(4). 895-902 (2002)
• [文献書誌] M.Yoshimura, K.Honda, T.Kondo, R.Uchikado, Y.Einaga, T.N.Rao, D.A.Tryk, A.Fujishima: "Factors Controlling the Electrochemical Potential Window for Diamond Electrodes in Non-Aqueous Electroytes"Diamond and Related Materials. 11. 64-74 (2002)