酸化亜鉛/色素ナノハイブリッド薄膜の電気化学的自己組織化と機能発現

2004 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15681005
• 研究機関: 岐阜大学
• 研究代表者: 吉田 司 岐阜大学, 工学研究科, 助手 (90273127)
• キーワード: 酸化亜鉛 / 色素 / ハイブリッド / 電気化学析出 / 薄膜 / 太陽電池 / フォトセンサ / ディスプレイ

研究概要

前年度の研究で、電析により作製した酸化亜鉛/色素ハイブリッド薄膜を一旦希アルカリ洗浄し、色素を除去した後、再度色素を吸着することで、著しい光電極機能の向上が見られたが、この一連の処理に伴う膜の微構造変化を調べると、電析直後の膜は多孔質では無く、アルカリ洗浄によって均一なナノ多孔質へと変化していることが明らかとなった。エオシンYをテンプレート分子として作製した複合膜は結晶c軸が基板に垂直に配向した高結晶性膜であるが、膜を構成するのは太さ5-10ナノメートル程度のワイヤー状酸化亜鉛で、これらが相互に規則的に連結して、巨視的には数マイクロメートルサイズの酸化亜鉛結晶を形成していることが分かった。
一方浴中に添加する色素にクマリン343を用いると、ナノシート状の酸化亜鉛が相互に繋がったポーラス結晶が得られ、c軸を基板と並行とする様に配向性が90度変化することが分かった。自己組織化過程に於いて、酸化亜鉛の結晶成長に対して色素分子が決定的な緑割を果たしていることが明らかとなった。
機能評価については主に色素増感型太陽電池への応用に関して大幅な機能向上を見た。多孔質酸化チタン光電極との組み合わせで優れるRu錯体は酸化亜鉛を溶解する性質のために好ましくないが、新たに三菱製紙社製のインドリン系有機色素を用いたところ、6.0%の極めて高い変換効率を達成することに成功した。
このほか、得られた酸化亜鉛薄膜について光センシング機能、フォトクロミック/エレクトロクロミック機能、蓄電作用、フォトルミネッセンス機能などを確認している。

研究成果

• [雑誌論文] Formation of highly crystallized Beta-PbO thin films by cathodic electrodeposition of Pb and its rapid oxidation in air (2005)
  • 著者名/発表者名: S.Sawatani, S.Ogawa, T.Yoshida, H.Minoura
  • 雑誌名: Advanced Functional Materials 15 ページ: 297-301
• [雑誌論文] Application of near-infrared absorbing heptamethine cyanine dyes as sensitizers for zinc oxide solar cell (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Matsui, Y.Hashimoto, K.Funabiki, J.Y.Jin, T.Yoshida, H.Minoura
  • 雑誌名: Synthetic Metals 148 ページ: 147-153
• [雑誌論文] Electrodeposition of TiO_2 Thin Film by Anodic Formation of Titanate/Benzoquinone Hybrid (2005)
  • 著者名/発表者名: S.Sawatani, T.Yoshida, T.Ohya, T.Ban, Y.Takahashi, H.Minoura
  • 雑誌名: Electrochem.Solid-State Lett. (印刷中)
• [雑誌論文] Electrochemical Self-Assembly of ZnO/SO_3EtPTCDI Hybrid Photoelectrodes (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Oekermann, S.Karuppuchamy, T.Yoshida, D.Schlettwein, D.Woehrle, H.Minoura
  • 雑誌名: Journal of Electrochemical Society 151・1 ページ: C62-C68
• [雑誌論文] Mechanism of Cathodic Electrodeposition of Zinc Oxide Thin Films from Aqueous Zinc Nitrate Baths (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Yoshida, D.Komatsu, N.Shimokawa, H.Minoura
  • 雑誌名: Thin Solid Films 451/452 ページ: 166-169
• [雑誌論文] Electron transport and back reaction in nanocrystalline TiO_2 films prepared by hydrothermal crystallization (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Oekermann, D.Zhang, T.Yoshida, H.Minoura
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry, B 108 ページ: 2227-2235
• [雑誌論文] Improved Photoelectrochemical Performance of Electrodeposited ZnO/EosinY Hybrid Thin Films by Dye Re-Adsorption (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Yoshida, M.Iwaya, H.Ando, T.Oekermann, K.Nonomura, D.Schlettwein, D.Woehrle, H.Minoura
  • 雑誌名: Chemical Communications 2004 ページ: 400-401
• [雑誌論文] Hydrothermal preparation of porous nanocrystalline TiO_2 electrodes for flexible cells (2004)
  • 著者名/発表者名: D.Zhang, T.Yoshida, K.Furuta, H.Minoura
  • 雑誌名: Journal of Photobiology and Photochemistry, A ; Chemistry 164 ページ: 159-166
• [雑誌論文] Electron transport and back reaction in electrochemically self-assembled nanoporous ZnO/dye hybrid films (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Oekermann, T.Yoshida, H.Minoura, K.G.U.Wijayantha, L.M.Peter
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry, B 108 ページ: 8364-8370
• [雑誌論文] Hybrid Thin Films of ZnO with Porphyrins and Phthalocyanines Prepared by One-Step Electrodeposition (2004)
  • 著者名/発表者名: E.Michaelis, K.Nonomura, D.Schlettwein, T.Yoshida, H.Minoura, D.Wohrle
  • 雑誌名: Journal of Porphyrins and Phthalocyanines 8 ページ: 1366-1375
• [雑誌論文] 酸化亜鉛/色素複合膜の電気化学的作製とフィルム型カラフル太陽電池への応用 (2004)
  • 著者名/発表者名: 吉田 司
  • 雑誌名: Electrochemistry 72・1 ページ: 44-48
• [雑誌論文] 酸化亜鉛/色素複合薄膜の自己組織化電析とフィルム型カラフル太陽電池への応用 (2004)
  • 著者名/発表者名: 箕浦秀樹, 吉田 司
  • 雑誌名: セラミックス 39・6 ページ: 450-454
• [雑誌論文] 色素増感太陽電池の技術動向とフィルム型カラフル電池への我々の取組み (2004)
  • 著者名/発表者名: 箕浦秀樹, 吉田 司
  • 雑誌名: 電気評論 89・7 ページ: 7-13
• [雑誌論文] フィルム型カラフル太陽電池"レインボーセル"」(Flexible, Colorful Solar Cell"Rainbow Cell" (2004)
  • 著者名/発表者名: 箕浦秀樹, 吉田 司
  • 雑誌名: 化学工業 55・10 ページ: 737-744
• [雑誌論文] 色素増感太陽電池の開発動向 (2004)
  • 著者名/発表者名: 箕浦秀樹, 吉田 司
  • 雑誌名: セラミックデータブック 32 ページ: 68-72
• [雑誌論文] 曲げても割れないカラフル太陽電池-服や傘で発電- (2004)
  • 著者名/発表者名: 箕浦秀樹, 吉田 司
  • 雑誌名: 金属 74 ページ: 1188-1193
• [雑誌論文] フィルム型カラフル太陽電池"レインボーセル"の開発 (2004)
  • 著者名/発表者名: 箕浦秀樹, 吉田 司
  • 雑誌名: オプトロニクス 276 ページ: 78-84
• [雑誌論文] フィルム型カラフル太陽電池"レインボーセル"の試作 (2004)
  • 著者名/発表者名: 箕浦秀樹, 吉田 司
  • 雑誌名: 応用物理 73 ページ: 1549-1553
• [雑誌論文] Cathodic electrodeposition of ZnO/eosinY hybrid thin films from oxygen-saturated aqueous solution of ZnCl_2 and eosinY (2003)
  • 著者名/発表者名: T.Yoshida, T.Pauporte, D.Lincot, T.Oekermann, H.Minoura
  • 雑誌名: Journal of Electrochemical Society 150・9 ページ: C608-C615
• [雑誌論文] One-Step Electrochemical Synthesis of ZnO/Ru(dcbpy)_2(NCS)_2 Hybrid Thin Films and Their Photoelectrochemical Properties (2003)
  • 著者名/発表者名: K.Nonomura, T.Yoshida, D.Schlettwein, H.Minoura
  • 雑誌名: Electrochimica Acta 48 ページ: 3071-3078
• [雑誌論文] Electrochemical Growth of Epitaxial Eosin/ZnO Hybrid Films (2003)
  • 著者名/発表者名: T.Pauporte, T.Yoshida, R.Cortes, M.Froment, D.Lincot
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry, B 107 ページ: 10077-10082
• [雑誌論文] 低温半導体膜形成法とフィルム型カラフル太陽電池への応用 (2003)
  • 著者名/発表者名: 吉田 司, 箕浦秀樹
  • 雑誌名: 機能材料 23・6 ページ: 5-18, 83
• [図書] 第4章2-2「有機・無機ハイブリッド薄膜の作製と色素増感太陽電池への応用」書名「薄膜太陽電池の開発最前線-高効率化・量産化・普及促進に向けて-」 (2005)
  • 著者名/発表者名: 箕浦秀樹, 吉田 司(分担執筆)
  • 総ページ数: 11
  • 出版者: 株式会社エヌ・ティー・エス
• [図書] 第5章第2節「フィルム化への課題と対策」書名「新しい有機太陽電池のオールプラスチック化への課題と対応策」 (2004)
  • 著者名/発表者名: 箕浦秀樹, 吉田 司(分担執筆)
  • 総ページ数: 15
  • 出版者: 技術情報協会
• [図書] Electrochemical Self-Assembly of Oxide/Dye Composites in(H.S.Nalwa Ed.)(Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology) (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Yoshida, D.Schlettwein(分担執筆)
  • 総ページ数: 18
  • 出版者: American Scientific Publishers
• [図書] 第17章「電析法による酸化亜鉛/色素ハイブリッド薄膜の作製とカラフル太陽電池の試作」書名「色素増感型太陽電池の技術開発」 (2003)
  • 著者名/発表者名: 箕浦秀樹, 吉田 司(分担執筆)
  • 総ページ数: 11
  • 出版者: 技術教育出版
• [産業財産権] 色素増感型太陽電池の製造方法 (2003)
  • 発明者名: 吉田 司, 箕浦 秀樹, 張 東社
  • 権利者名: 吉田 司, 箕浦 秀樹, 張 東社, 北川工業株式会社, 帝人デュポンフィルム株式会社
  • 産業財産権番号: 特願2003-313060
  • 出願年月日: 2003-09-04