合理的な分子設計に基づいた高効率色素増感太陽電池の創製

2011 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21350100
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 機能材料・デバイス
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 今堀 博 京都大学, 物質-細胞統合システム拠点, 教授 (90243261)
• 研究分担者: 梅山 有和 京都大学, 工学研究科, 助教 (30378806)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• キーワード: 有機太陽電池 / 色素増感太陽電池 / ポルフィリン / ペリレン / オリゴチオフェン / フタロシアニン / 半導体電極 / 電子移動

研究概要

色素増感太陽電池が環境・エネルギー問題の観点から注目を集めている。従来用いられてきたルテニウム色素は貴金属であり、元素戦力的に貴金属を含まないあるいは安価な金属を用いた色素の開発が望まれている。我々はポルフィリン、フタロシアニン、ペリレンなど従来あまり注目されていなかった大きな電子系を有する色素を分子設計により改良し、色素増感太陽電池の色素として有用であることを見いだした。

研究成果

• [雑誌論文] Self-Assembled Porphyrins on Modified Zinc Oxide Nanorods : Development of Model Systems for Inorganic-Organic Semiconductor Interface Studies, H. Saarenpaa, E. Sariola-Leikas, A. Pyymaki-Perros (2012)
  • 著者名/発表者名: J. Kontio, A. Efimov, H. Hayashi, H. Lipsanen, H. Imahori, H. Lemmetyinen, and N. V. Tkachenko
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 116 ページ: 2336-2343
  • DOI: DOI:10.1021/jp2104769
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical, Electrochemical, and Photovoltaic Effects of an Electron-Withdrawing Tetrafluoro phenylene Bridge in a Push-Pull Porphyrin Sensitizer used for Dye-Sensitized Solar Cells (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Simon, H. Iijima, Y. Toude, T. Umeyama, Y. Matano, S. Ito, N. V. Tkachenko, H. Lemmetyinen, and H. Imahori
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 115 ページ: 14415-14424
  • DOI: DOI:10.1021/jp2030208
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bisquinoxaline-Fused Porphyrins for Dye-Sensitized Solar Cells (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Imahori, H. Iijima, H. Hayashi, Y. Toude, T. Umeyama, Y. Matano, and S. Ito
  • 雑誌名: Chem Sus Chem 巻: 4 ページ: 797-805
  • DOI: DOI:10.10002/cssc.201100029
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electron Transfer Cascade by Organic/Inorganic Ternary Composites of Porphyrin, Zinc Oxide Nanoparticle, and Reduced Graphene Oxide on Tin Oxide Electrode that Exhibits Efficient Photocurrent Generation (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Hayashi, I. V. Light cap, M. Tsujimoto, M. Takano, T. Umeyama, P. V. Kamat, and H. Imahori
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc 巻: 133 ページ: 7684-7687
  • DOI: DOI:10.1021/ja201813n
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photo induced Charge Carrier Dynamics of Zn-Porphyrin-TiO2 Electrodes-the Key Role of Charge Recombination for Solar Cell Performance (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Imahori, S. Kang, H. Hayashi, M. Haruta, H. Kurata, S. Isoda, S. E. Canton, Y. Infahsaeng, A. Kathiravan, T. Pascher, P. Chabera, A. P. Yartsev, and V. Sundstrom
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. A 巻: 115 ページ: 3679-3690
  • DOI: DOI:10.1021/jp103747t
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tunable, Strongly-Donating Perylene Photosensitizers for Dye-Sensitized Solar Cells (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Mathew and H. Imahori
  • 雑誌名: J. Mater. Chem. 巻: 21 ページ: 7166-7174
  • DOI: DOI:10.1039/c1jm10993f
  • 査読あり
• [雑誌論文] Carbon Nanotube Wiring of Donor-Acceptor Nanograins by Self-Assembly and Efficient Charge Transport (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Umeyama, N. Tezuka, F. Kawashima, S. Seki, Y. Matano, Y. Nakao, T. Shishido, M. Nishi, K. Hirao, H. Lehtivuori, N. V. Tkachenko, H. Lemmetyinen, and H. Imahori
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 50 ページ: 4615-4619
  • DOI: DOI:10.1002/anie.201007065
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhanced Photocurrent Generation bySemiconducting Single Walled Carbon Nanotube Enriched Thin Film (2011)
  • 著者名/発表者名: L. Wei, N. Tezuka, T. Umeyama, H. Imahori, and Y. Chen
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 3 ページ: 1845-1849
  • DOI: DOI:10.1039/c0nr00986e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stoichiometric Complexation of Supramolecular Composites for Organic Solar Cells Revealed by Solid-State NMR (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Kaji, H. Hayashi, T. Yamada, M. Ueda, S. Kang, T. Umeyama, Y. Matano, and H. Imahori
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 98 ページ: 113301
  • DOI: DOI:10.1063/1.3565237
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photo physics and Photo electrochemical Properties of Nanohybrids Consisting of Fullerene-Encapsulated Single-Walled Carbon Nanotubes and Poly-(3-hexyl-thiophene) (2011)
  • 著者名/発表者名: N. Tezuka, T. Umeyama, Y. Matano, T. Shishido, K. Yoshida, T. Ogawa, S. Isoda, K. Stranius, V. Chukharev, N. V. Tkachenko, H. Lemmetyinen, and H. Imahori
  • 雑誌名: Energy Environ. Sci 巻: 4 ページ: 741-750
  • DOI: DOI:10.1039/c0ee00482k
  • 査読あり
• [雑誌論文] Good Solvent Effects of C70 Cluster Formations and Their Electron-Transporting and Photo electrochemical Properties (2010)
  • 著者名/発表者名: N. Tezuka, T. Umeyama, Y. Matano, T. Shishido, M. Kawasaki, M. Nishi, K. Hirao, H. Lehtivuori, N. V. Tkachenko, H. Lemmetyinen, Y. Honsho, S. Seki, and H. Imahori
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 巻: 114 ページ: 14287-14297
  • DOI: DOI:10.1021/jp911141s
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication of Dye-Sensitized Solar Cells Using Natural Dye for Food Pigment : Monascus Yellow (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Ito, T. Saitou, H. Imahori, H. Uehara, and N. Hasegawa
  • 雑誌名: Energy Environ. Sci. 巻: 3 ページ: 905-909
  • DOI: DOI:10.1039/c000869a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects ofπ-Elongation and Fused Position of Quinoxaline-Fused Porphyrins as Sensitizers in Dye-Sensitized Solar Cells on Optical, Electrochemical, and Photovoltaic Properties (2010)
  • 著者名/発表者名: A. Kira, Y. Matsubara, H. Iijima, T. Umeyama, Y. Matano, S. Ito, M. Niemi, N. V. Tkachenko, H. Lemmetyinen, and H. Imahori
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 114 ページ: 11293-11304
  • DOI: DOI:10.1021/jp1004049
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of meso-Diarylamino Group of Porphyrins as Sensitizers in Dye-Sensitized Solar Cells on Optical, Electrochemical, and Photovoltaic Properties (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Imahori, Y. Matsubara, H. Iijima, T. Umeyama, Y. Matano, S. Ito, M. Niemi, N. V. Tkachenko, and H. Lemmetyinen
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 114 ページ: 10656-10665
  • DOI: DOI:10.1021/jp102486b
  • 査読あり
• [雑誌論文] Selective Formation and Efficient Photocurrent Generation of[70] Fullerene-Single-Walled Carbon Nanotube Composites (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Umeyama, N. Tezuka, S. Seki, Y. Matano, M. Nishi, K. Hirao, H. Lehtivuori, N. V. Tkachenko, H. Lemmetyinen, Y. Nakao, S. Sakaki, and H. Imahori
  • 雑誌名: Adv. Mater 巻: 22 ページ: 1767-1770
  • DOI: DOI:10.1002/adma.200903056
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oligothiophene Bearing 1-Oxo-1-hydroxydithieno[2, 3-b : 3', 2'-d] phosphole as Novel Anchoring Group for Dye-sensitized Solar Cells (2010)
  • 著者名/発表者名: A. Kira, Y. Shibano, S. Kang, H. Hayashi, T. Umeyama, Y. Matano, and H. Imahori
  • 雑誌名: Chem. Lett. 巻: 39 ページ: 448-450
  • DOI: DOI:10.1246/cl.2010.448
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparison of Cluster Formation, Film Structure, Microwave Conductivity, and Photoelectrochemical Properties of Composites Consisting of Single-Walled Carbon Nanotubes with C_<60>, C_<70>, and C_<84> (2010)
  • 著者名/発表者名: N. Tezuka, T. Umeyama, S. Seki, Y. Matano, M. Nishi, K. Hirao, H. Lehtivuori, N. V. Tkachenko, H. Lemmetyinen, Y. Nakao, S. Sakaki, and H. Imahori
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 114 ページ: 3235-3247
  • DOI: DOI:10.1021/jp910832a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of Porphyrin Substituents and Adsorption Conditions on Photovoltaic Properties of Porphyrin-Sensitized TiO2 Cells (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Imahori, S. Hayashi, H. Hayashi, A. Oguro, S. Eu, T. Umeyama, and Y. Matano
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 113 ページ: 18406-18413
  • DOI: DOI:10.1021/jp907288h
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of Electrode Structures on Photoelectrochemical Properties of ZnO Electrodes Modified with Porphyrin-Fullerene Composite Layers with Intervening Fullerene Monolayer (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Hayashi, A. Kira, T. Umeyama, Y. Matano, P. Charoensirithavorn, T. Sagawa, S. Yoshikawa, N. V. Tkachenko, H. Lemmetyinen, and H. Imahori
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 113 ページ: 10798-10806
  • DOI: DOI:10.1021/jp902623g
  • 査読あり
• [学会発表] Novel Synthetic Strategy for Organic Solar Cells (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Imahori
  • 学会等名: The 30th Korea University Memorial Celebration International Conference on Frontier Photo science and Functional Materials
  • 発表場所: Sejong, Korea
  • 年月日: 20120603-05
• [学会発表] Rational Design of Organic Materials for Solar Energy Applications (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Imahori
  • 学会等名: 243th American Chemical Society National Meeting
  • 発表場所: San Diego
  • 年月日: 20120325-29
• [学会発表] Porphyrin-Based Organic Photovoltaics (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Imahori
  • 学会等名: 2^<nd> International Conference on Green & Sustainable Chemistry 2011
  • 発表場所: Singapore, November
  • 年月日: 20111416
• [学会発表] Rational Materials Design and Strategy for Organic Electronics and Solar Energy Conversion (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Imahori
  • 学会等名: International Conference, Next Generation Solar Energy, From Fundamentals to Applications
  • 発表場所: Schloss Erlangen, Germany
  • 年月日: 20111212-14
• [学会発表] Rational Materials Design and Strategy for Organic Electronics and Solar Energy Conversion (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Imahori
  • 学会等名: First International Conference on Bioinspired Materials for Solar Energy Utilization
  • 発表場所: Chania, Crete, Greece, September
  • 年月日: 20110912-17
• [学会発表] 光電変換材料を指向したナノカーボン材料の開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 今堀博
  • 学会等名: CREST有機太陽電池シンポジウム
  • 発表場所: 京都大学宇治キャンパス
  • 年月日: 20110715-16
• [学会発表] Supramolecular Approach for Solar Energy Conversion (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Imahori
  • 学会等名: Nanotechnology and Printed Electronics International Symposium2011(NanoPrint 2011)
  • 発表場所: Nanyang Technological University, Singapore
  • 年月日: 20110704-05
• [学会発表] Porphyrins and Phthalocyanines for Dye-Sensitized Solar Cells (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Imahori
  • 学会等名: 219th Meeting of The Electrochemical Society
  • 発表場所: Montreal
  • 年月日: 20110501-06
• [学会発表] Artificial Photosynthesis and Solar Energy Conversion (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Imahori
  • 学会等名: 3eme Cycle-Vortrag Swiss Lectureship
  • 年月日: 20110314-18
• [学会発表] 有機材料を用いた人工光合成 (2011)
  • 著者名/発表者名: 今堀博
  • 学会等名: 第122回微小光学研究会
  • 発表場所: 京都工芸繊維大学
  • 年月日: 2011-12-02
• [学会発表] 自己組織化と光電荷分離・電荷輸送機能発現 (2011)
  • 著者名/発表者名: 今堀博
  • 学会等名: 第1回実験化学との交流シンポジウム
  • 発表場所: 京都大学福井謙一記念センター
  • 年月日: 2011-11-11
• [学会発表] ナノカーボン材料の化学修飾と光機能化 (2011)
  • 著者名/発表者名: 今堀博
  • 学会等名: 第30回無機高分子シンポジウム
  • 発表場所: 東京理科大学記念講堂神楽坂キャンパス
  • 年月日: 2011-06-17
• [学会発表] Carbon Nanostructures and Aromatic・Systems for Artificial Photosynthesis and Solar Energy Conversion, Honorary Applied Chemistry Lecture Series (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Imahori
  • 学会等名: Changchun Institute of Applied Chemistry, Chinese Academy of Sciences
  • 発表場所: Changchun, China
  • 年月日: 2011-04-07
• [学会発表] Carbon Nanostructures for Photochemistry and Solar Energy Conversion (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Imahori
  • 学会等名: Pacifichem 2010
  • 発表場所: Hawaii, USA
  • 年月日: 20101215-20
• [学会発表] Nanocarbon Materials for Artificial Photosynthesis and Solar Energy Conversion (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Imahori
  • 学会等名: International Symposium on the Chemistry of Synthetic Carbon Allotropes
  • 発表場所: Erlangen, Germany
  • 年月日: 20101125-26
• [学会発表] Fullerenes for Artificial Photosynthesis and Solar Energy Conversion (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Imahori
  • 学会等名: Fullerene Silver Anniversary Symposium
  • 発表場所: Hersonissos, Crete, Greece
  • 年月日: 20101004-10
• [学会発表] Nanostructured Materials for Efficient Solar Energy Conversion (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Imahori
  • 学会等名: IEEE NANO2010
  • 発表場所: Seoul, Korea
  • 年月日: 20100817-20
• [学会発表] 高効率分子太陽電池を目指した分子創製 (2010)
  • 著者名/発表者名: 今堀博
  • 学会等名: CREST有機太陽電池シンポジウム
  • 発表場所: 京都大学宇治キャンパス
  • 年月日: 20100716-17
• [学会発表] Porphyrins as Promising Donors in Molecular Photovoltaics (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Imahori
  • 学会等名: Sixth International Conference on Porphyrins and Phthalocyanines
  • 発表場所: New Mexico
  • 年月日: 20100704-09
• [学会発表] Rational Molecular Design for Efficient Solar Energy Conversion (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Imahori
  • 学会等名: 18thInternational Conference on Photochemical Conversion and Storage of Solar Energy(IPS18)
  • 発表場所: Seoul, Korea
  • 年月日: 20100625-30
• [学会発表] Nanocarbon-Based Photo electrochemical and Photovoltaic Devices (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Imahori
  • 学会等名: 213th Meeting of The Electrochemical Society
  • 発表場所: Vancouver
  • 年月日: 20100425-30
• [学会発表] Porphyrin Conjugated Coplymers for Bulk Heterojunction Solar Cells (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Imahori
  • 学会等名: 213th Meeting of The Electrochemical Society
  • 発表場所: Vancouver
  • 年月日: 20100425-30
• [学会発表] Porphyrins and Nanocarbon Materials for Dye-Sensitized Solar Cells (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Imahori
  • 学会等名: The 11^<th> International Symposium on Eco-Materials Processing and Design
  • 発表場所: Sakai
  • 年月日: 20100109-12
• [学会発表] Synthetic Approaches toward the Development of Highly Efficient Molecular Photovoltaics (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Imahori
  • 学会等名: MRS meeting
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 20091129-1204
• [学会発表] Synthetic Challenge for Efficient Solar Energy Conversion (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Imahori
  • 学会等名: 2009 International Symposium of Dye-Sensitized Solar Cells
  • 発表場所: Chung-Li, Taiwan
  • 年月日: 20091022-23
• [学会発表] Molecular Engineering for Highly Efficient Organic Solar Cells (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Imahori
  • 学会等名: The 4thKorea-Japan Bilateral Workshop on Dye-Sensitized and Organic Solar Cells
  • 発表場所: Seoul, Korea
  • 年月日: 20090824-25
• [学会発表] Large・Aromatic Molecules as Sensitizers in Dye-Sensitized Solar Cells (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Imahori
  • 学会等名: The Sixth China International Conference on High-Performance Ceramics
  • 発表場所: Harbin, China
  • 年月日: 20090816-19
• [学会発表] Artificial Photosynthetic Mimics (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Imahori
  • 学会等名: The Fifth iCeMS International Symposium
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 20090727-28
• [学会発表] Artificial Photosynthetic Mesomaterials for Solar Energy Conversion (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Imahori
  • 学会等名: The Fourth iCeMS International Symposium
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 20090527-29
• [学会発表] Arrangement of Fullerenes on Sidewall of Single-Walled Carbon Nanotubes (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Imahori
  • 学会等名: 211th Meeting of The Electrochemical Society
  • 発表場所: San Francisco
  • 年月日: 20090524-28
• [学会発表] Self-Assembly of Amphiphilic Porphyrins (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Imahori
  • 学会等名: 211th Meeting of The Electrochemical Society
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 20090524-28
• [学会発表] 化学の観点からの有機太陽電池設計 (2009)
  • 著者名/発表者名: 今堀博
  • 学会等名: 第56回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 筑波大学
  • 年月日: 20090330-0402
• [学会発表] Molecular Design of Nanostructured Interfaces for Solar Energy Conversion (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Imahori
  • 学会等名: The4th East Asia Symposium on Functional Dyesand Advanced Materials(EAS4)
  • 発表場所: Osaka, Japan
  • 年月日: 20090102-0605
• [学会発表] 高効率有機太陽電池を目指した基本原理の解明 (2009)
  • 著者名/発表者名: 今堀博
  • 学会等名: CREST有機太陽電池シンポジウム
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2009-07-13
• [図書] Multiporphyrin Arrays (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Imahori
  • 総ページ数: 439-498
  • 出版者: Singapore
• [図書] Fullerenes (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Imahori and T. Umeyama
  • 出版者: RSC Publishing
• [図書] Handbook of Carbon Nano Materials (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Imahori and T. Umeyama
  • 総ページ数: 593-636
  • 出版者: Singapore
• [図書] Comprehensive Nanoscience and Technology (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Imahori, and V. Sundstrom
  • 総ページ数: 325-359
  • 出版者: Academic Press
• [図書] Chemistry of Nanocarbons (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Imahori, D. M. Guldi, and S. Fukuzumi
  • 総ページ数: 93-127
  • 出版者: John Wiley & Sons
• [図書] 化学マスター講座 (2010)
  • 著者名/発表者名: 今堀博, 金光義彦, 有賀克彦
  • 出版者: 丸善
• [図書] 人工光合成と有機太陽電池 (2010)
  • 著者名/発表者名: 今堀博
  • 総ページ数: 74-80
  • 出版者: 化学同人
• [図書] Progress in Nano-Electro-Optics VII (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Imahori and T. Umeyama
  • 総ページ数: 37-72
  • 出版者: Springer
• [図書] 超分子サイエンス & テクノロジー (2009)
  • 著者名/発表者名: 今堀博, 梅山有和
  • 総ページ数: 647-656
  • 出版者: エヌ・ティー・エス
• [図書] 有機薄膜太陽電池の最新技術II (2009)
  • 著者名/発表者名: 梅山有和, 今堀博
  • 総ページ数: 131-139
  • 出版者: CMC
• [図書] Bottom-up Nanofabrication (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Imahori and T. Umeyama
  • 総ページ数: 347-373
  • 出版者: American Scientific Publishers
• [備考]
  • URL: http://www.moleng.kyoto-u.ac.jp/%7Emoleng_05/index.html
• [産業財産権] 新規なポルフィリン錯体およびその用途 (2010)
  • 発明者名: 今堀博
  • 権利者名: 京都大学
  • 産業財産権番号: 特許、特願2010-053679
  • 出願年月日: 2010-03-10