人工自己組織化タンパク質を増感物質に用いた量子コヒーレント伝導太陽電池の開発

2019 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 18K05308
• 研究機関: 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
• 研究代表者: 田村 浩司 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 東海量子ビーム応用研究センター, 専門業務員(任常) (10354820)
• 研究分担者: 安達 基泰 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子生命科学領域, グループリーダー(定常) (60293958)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 増感太陽電池 / 自己組織化 / タンパク質

研究実績の概要

高効率光電池の可能性を有する光捕集タンパク質を用いた増感太陽電池開発を目指して、1) 光捕集タンパク質,　2) 増感電池系、の開発を行った。
1) タンパク質に関しては、a）天然タンパク質、および、b）人工タンパク質に関して開発を行った。a) 天然タンパク質では、昨年度、ラン藻(Botriococcus braunii)で検討した培養条件を参考にして、Rhodomonas salina、Rhodomonas salina、Fremyella diplosiphonの3種の藻類に展開し、培養条件を決定した。b) 本研究で計画しているタンパク質分子の改変には立体構造が必要であるが、高い精度で明らかになっているPhycoerythrin555に着目し、大腸菌発現系を用いた人工タンパク質の生産系を検討したが色素が十分に結合しないことから、類似のPhycocyaninタンパク質の開発にも着手した。
2) 増感電池系開発では、a) 光捕集タンパク質を用いた光電池作成法の開発を引き続き行った。ガラス電極への半導体微粒子の塗布方式、半導体微粒子サイズ,塗布膜厚等を変えた電池を試作し,その特性を比較検討した。新たに、透過顕微鏡やSEMによる電極観察を行い、電極作成状況の把握に努めた。本年度も,Phycocyaninタンパク質を用い開発及び以下の特性評価を行った。b) 購入備品である,電流電圧特性測定装置（Keithley2401ソースメータ,太陽電池I-V特性測定ソフト等）を購入し,その整備を行った。作成した電池を用いて、測定条件（スイープ速度等）を探査することにより、概ね適切な本電池の測定条件を把握できた。本測定により、電流電圧カーブ、最大出力電圧、開放電圧、最大出力点、曲線因子FF、変換効率など,太陽電池特性の定量的評価に必要とされる諸特性の測定が可能であることを確認した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

1) タンパク質の開発に関しては、a)期間内に複数の試料が用意できる予定であり、b)に関しても開発がすすんでいる。
2)　電池作成に関しては、a)天然タンパク質を増感物質に用いた光電池を用いて,最適な構成を目指し,様々な作成条件を変えた電池試作をすでに行っており、b)特性評価では電流電圧特性など太陽電池特性に必要な測定は、おおむね実現できている。

今後の研究の推進方策

1) 　a) 構築したラン藻の培養システムを用いて、クリプト藻とラン藻から、天然のタンパク質を精製する。精製は、塩析法や各種カラムクロマトグラフィー法を用いて、純度がよい標品を調製する。b) 天然の酵素と同じように可溶化のタンパク質を調製する系を完成させ、自己組織化や安定化に関する分子設計に着手する。
2) 　a)　増感電池作成に関して,引き続き開発を行い,新たに開発されたタンパク質を塗布した電池に関して,適切な構成を検討する。b) 電流電圧測定などの特性把握を行い、開発タンパク質に関しても、評価に必要な諸特性の測定を行い,光捕集タンパク質を増感物質に用いた光電池特性を総合的に評価する。