電磁場解析による局在表面プラズモン利用型色素増感太陽電池の設計と高効率化

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22246131
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: エネルギー学
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 伊原 学 東京工業大学, 理工学研究科, 准教授 (90270884)
• 研究協力者: NOYA Loew 東京工業大学, 理工学研究科化学専攻, 研究員
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: エネルギー生成・変換 / 燃料電池 / エネルギーシステム

研究概要

本研究では、金属ナノ粒子の電磁場解析等の論理的考察を行いながら設計指針を明確にし、「金属ナノ粒子の電磁場解析による局在表面プラズモン利用型色素増感太陽電池の設計と高効率化」を行った。
つまり、局在プラズモンによって形成される入射光よりも強い磁場を有する近接場光を利用して、色素による光キャリア生成速度を向上させ、光電流の増加を実現することで、色素増感太陽電池のより一層の高効率化を目指した。

研究成果

• [雑誌論文] TiO2 as Electron-Extraction-Layer in Reverse Type P3HT/ICBA Organic Solar Cells (2014)
  • 著者名/発表者名: N.Loew, S.Komatsu, H.Akita, K.Funayama, T.Yuge, T.Fujiwara and M.Ihara
  • 雑誌名: ECS Trans 巻: 58(45) ページ: 77-88
  • DOI: 10.1149/05845.0077ecst
  • 査読あり
• [雑誌論文] Immolization of Silver Nanoparticles by Peptide Nucleic Acids in Surface Plasmon Enhanced Dye-Sensitized Solar Cells (2014)
  • 著者名/発表者名: N.Loew, S.Ikenouchi, and M.Ihara
  • 雑誌名: ECS Journal of Solid State Science and Technology
  • DOI: 10.1149/2.006402jss
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Effect of TiO2 Microstructure and Introduction of Silver Nanoparticles on Conversion Efficiency of Sb2S3 Sensitized Semiconductor Solar Cells (2013)
  • 著者名/発表者名: S.Yoshioka , T.Mishima , and M.Ihara
  • 雑誌名: ECS Transaction 巻: 50(51) ページ: 33-44
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical Management by Localized Surface Plasmon of Metal Nanoparticles and Application to a Solar Cell (2013)
  • 著者名/発表者名: K.NAM, H.Hachimura, K.Hirano, M.Ihara, P.Sichanugrist, and M.Konagai
  • 雑誌名: ECS Transaction 巻: 50(51) ページ: 77-90
  • 査読あり
• [雑誌論文] Combination of the Opposing Effects of Silver Nanoparticles and Peptide Nucleic Acids on Dye-Sensitized Solar Cells to Enhance their Respective Positive Influence (2011)
  • 著者名/発表者名: N.Loew, S.Ikenouchi, and M.Ihara
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 41(6) ページ: 211-221
  • 査読あり
• [雑誌論文] Plasmon Effect in Si Solar Cells Coated with a Thin Polymer Film Containing Silver or Gold Nanoparticles (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Tanaka, H.Hachimura, T.Mishima, and M.Ihara
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 33(17) ページ: 81-91
  • 査読あり
• [雑誌論文] Peptide Nucleic Acids in Dye-Sensitized Solar Cells - Functional Component, and Structural Component to Immobilize Silver Nanoparticles (2011)
  • 著者名/発表者名: N.Loew, S.Ikenouchi, and M.Ihara
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: 33(17) ページ: 139-150
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular design of organic dye toward retardation of charge recombination at semiconductor/dye/electrolyte interface : Introduction of twisted π-linker (2010)
  • 著者名/発表者名: J.Nishida, T.Masuko, Y.Cui, K.Hara, H.Shibuya, M.Ihara, T.Hosoyama, R.Goto, S.Mori, Y.Yamashita
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry C 巻: volume 114, issue 41 ページ: 17920-17925
  • 査読あり
• [学会発表] 粒径分布を制御した金ナノ粒子の局在表面プラズモンによる光活性層の吸光度変化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 秋田大,Loew Noya, 小松茂弘,Zhang Xiaomei, (三菱化学科学技術センター)船山勝矢,弓削哲治,藤原崇志,伊原学
  • 学会等名: 化学工学会第79年会
  • 発表場所: 岐阜大学柳戸キャンパス
  • 年月日: 20140318-20
• [学会発表] 半導体増感太陽電池におけるp 形半導体のマイクロ構造制御と発電特性の関係 (2014)
  • 著者名/発表者名: 張茜, 吉岡翔平, 伊原学
  • 学会等名: 化学工学会第79年会
  • 年月日: 20140318-20
• [学会発表] TiO2 As Electron-Extraction-Layer in Reverse Type P3HT/Icba Organic Solar Cells (2013)
  • 著者名/発表者名: N.Loew, S.Komatsu, H.Akita, (Mitsubishi Chemical Group Science and Technology Research Center, Inc.)K.Funayama, T.Yuge, T.Fujiwara, and M.Ihara
  • 学会等名: 224th ECS Meeting
  • 発表場所: San Francisco
  • 年月日: 20131027-1101
• [学会発表] 酸化チタン膜のP3HT/ICBA 逆型有機太陽電池における電子輸送層としての機能 (2013)
  • 著者名/発表者名: N.Loew,小松茂弘,秋田大,(三菱化学科学技研究センター)船山勝矢,弓削哲治,藤原崇志,伊原学
  • 学会等名: 電気化学秋季大
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス
  • 年月日: 20130927-28
• [学会発表] P3HT/ICBA 有機太陽電池の発電特性と酸化チタン膜の結晶性との関係 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小松茂弘, 秋田大, N.Loew, 伊原学
  • 学会等名: 化学工学会第45回秋季大会
  • 発表場所: 岡山大学 津島(東キャンパス)
  • 年月日: 20130916-18
• [学会発表] b2S3 増感半導体太陽電池における光増感材の微細構造と発電特性の関係 (2013)
  • 著者名/発表者名: 吉岡翔平,Zhang Xiaomei, 伊原学
  • 学会等名: 化学工学会第45回秋季大会
  • 発表場所: 岡山大学 津島(東キャンパス)
  • 年月日: 20130916-18
• [学会発表] P3HT/ICBA有機太陽電池における構造と光吸収過程 (2013)
  • 著者名/発表者名: N.Loew, 小松茂弘, 伊原学
  • 学会等名: 電気化学会第80回大会
  • 発表場所: 東北大学川内キャンパス
  • 年月日: 20130329-31
• [学会発表] チタニア膜の構造変化によるP3HT/ICBA 有機太陽電池の発電特性への影響 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小松茂弘, N.Loew, 伊原学
  • 学会等名: 化学工学会第78年会
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス
  • 年月日: 20130317-19
• [学会発表] 太陽電池効率向上に向けた表面ミクロ/ナノ構造と金属ナノ粒子による光マネージメント (2013)
  • 著者名/発表者名: 山田開理,南官祐,鉢村浩徳,伊原学
  • 学会等名: 化学工学会第78年会
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス
  • 年月日: 20130317-19
• [学会発表] The Effect of TiO2 Microstructure and Introduction of Silver Nanoparticles on Conversion Efficiency of Sb2S3 Sensitized Semiconductor Solar Cells (2012)
  • 著者名/発表者名: S.Yoshioka, T.Mishima, and M.Ihara
  • 学会等名: 221th ECS Meeting
  • 発表場所: Honolulu, HI
  • 年月日: 20121007-12
• [学会発表] Optical Management by Localized Surface Plasmon of Metal Nanoparticles and Application to a Solar Cell (2012)
  • 著者名/発表者名: K.NAM, H.Hachimura, K.Hirano, M.Ihara, P.Sichanugrist, and M.Konagai
  • 学会等名: 221th ECS Meeting
  • 発表場所: Honolulu, HI
  • 年月日: 20121007-12
• [学会発表] ミクロ・ナノクラスター構造化による金属ナノ粒子膜の作成と多接合薄膜太陽電池への応用 (2012)
  • 著者名/発表者名: 南官祐,吉岡翔平,伊原学
  • 学会等名: 化学工学会第44回秋季大会
  • 発表場所: 東北大学川内北キャンパス
  • 年月日: 20120919-21
• [学会発表] Sb2S3 増感半導体太陽電池における光増感材のpn接合界面への担持状態と発電特性の関係 (2012)
  • 著者名/発表者名: 吉岡翔平,三島崇禎,伊原学
  • 学会等名: 化学工学会第44回秋季大会
  • 発表場所: 東北大学川内北キャンパス
  • 年月日: 20120919-21
• [学会発表] Interaction of Metal Nanoparticles and TiO2 during the Introduction into the Photoabsorbing Layer in Plasmonic Dye-Sensitized Solar Cells (2012)
  • 著者名/発表者名: N.Loew, 伊原学
  • 学会等名: 化学工学会第44回秋季大会
  • 発表場所: 東北大学川内北キャンパス
  • 年月日: 20120919-21
• [学会発表] ペプチド核酸による表面プラズモン効果を用 いた色素増感太陽電池の逆電子移動抑制 (2012)
  • 著者名/発表者名: N.Loew, 池之内俊, 伊原学
  • 学会等名: 電気化学会第79回大会
  • 発表場所: アクトシティ浜松
  • 年月日: 20120329-31
• [学会発表] 金属ナノ粒子膜の局在表面プラズモン効果による反射制御と太陽電池への応用 (2012)
  • 著者名/発表者名: 南官祐,鉢村浩徳,平野和希,伊原学
  • 学会等名: 化学工学会第77年会
  • 発表場所: 工学院大学新宿キャンパス
  • 年月日: 20120315-17
• [学会発表] Sb2S3 増感半導体太陽電池への銀ナノ粒子の添加と構造評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 吉岡翔平, 三島崇禎, 伊原学, (IMRA EUROPE S.A.S) 勝田洋行, C.Chone
  • 学会等名: 化学工学会第77年会
  • 発表場所: 工学院大学新宿キャンパス
  • 年月日: 20120315-17
• [学会発表] Combination of the Opposing Effects of Silver Nanoparticles and Peptide Nucleic Acids on Dye-Sensitized Solar Cells to Enhance their Respective Positive Influence (2011)
  • 著者名/発表者名: N.Loew, S.Ikenouchi, and M.Ihara
  • 学会等名: 220th ECS Meeting
  • 発表場所: Boston, MA
  • 年月日: 20111009-14
• [学会発表] Fabrication of Composite Nanoporous Si Films with Gold Nanoparticles to Enhance the Efficiency of Silicon Solar Cells (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Hachimura, K.Nam, Y.Tanaka, and M.Ihar a
  • 学会等名: 220th ECS Meeting
  • 発表場所: Boston, MA
  • 年月日: 20111009-14
• [学会発表] ペプチド核酸による色素増感太陽電池の逆電子移動抑制効果 (2011)
  • 著者名/発表者名: N.Loew, 池之内俊, 伊原学
  • 学会等名: 化学工学会第43回秋季大会
  • 発表場所: 名古屋工業大学
  • 年月日: 20110914-16
• [学会発表] 湿式半導体太陽電池(TiO2/Sb2S3/CuSCN)における銀ナノ粒子の添加効果 (2011)
  • 著者名/発表者名: 三島崇禎, 田中佑宜, 吉岡翔平, (IMRA Europe S.A.S) 勝田洋行,C.Chone, 伊原学
  • 学会等名: 化学工学会第43回秋季大会
  • 発表場所: 名古屋工業大学
  • 年月日: 20110914-16
• [学会発表] 金属ナノ粒子/ポーラスシリコン複合太陽電池の作製と局在表面プラズモン効果 (2011)
  • 著者名/発表者名: 鉢村浩徳, 南官祐, 田中佑宜, 伊原学
  • 学会等名: 化学工学会第43回秋季大会
  • 発表場所: 名古屋工業大学
  • 年月日: 20110914-16
• [学会発表] 色素増感太陽電池における金属ナノ粒子のプラズモン効果とペプチド核酸による距離制御 (2011)
  • 著者名/発表者名: 池之内俊, N.Loew, 伊原学
  • 学会等名: 化学工学会第43回秋季大会
  • 発表場所: 名古屋工業大学
  • 年月日: 20110914-16
• [学会発表] Photoabsorption -Enhanced Dye-Sensitized Solar Cells Using Localized Surface Plasmon of Gold Nanoparticles with 16-Mercapto Hexadecanoic Acid (2011)
  • 著者名/発表者名: S.Ikenouchi, K.Taniguchi, Y.Tanaka, K.Hasegawa and M.Ihara
  • 学会等名: 37th IEEE Photovoltaic Specialists Conference
  • 発表場所: Seattle
  • 年月日: 20110618-24
• [学会発表] 表面プラズモン効果を利用した色素増感太陽電池におけるペプチド核酸による銀ナノ粒子とチタニア粒子間の距離制御 (2011)
  • 著者名/発表者名: 池之内俊, N.Loew, 伊原学
  • 学会等名: 電気化学会第78回大会
  • 発表場所: 横浜国立大学
  • 年月日: 20110329-31
• [学会発表] 色素増感太陽電池でのペプチド核酸による内部量子収率の増大およびチタニアと銀属ナノ粒子の距離制御 (2011)
  • 著者名/発表者名: N.Loew, 池之内俊, 伊原学
  • 学会等名: 日本化学会第91春季年会
  • 発表場所: 神奈川大学横浜キャンパス
  • 年月日: 20110326-29
• [学会発表] 太陽電池材料としての金属ナノ粒子/ポーラスシリコン複合材料の作製とその光学特性における局在表面プラズモンの効果 (2011)
  • 著者名/発表者名: 鉢村浩徳, 田中佑宜, 伊原学
  • 学会等名: 日本化学会第91春季年会
  • 発表場所: 神奈川大学横浜キャンパス
  • 年月日: 20110326-29
• [学会発表] 金ナノ粒子を導入した色素増感太陽電池における光電極内の結合状態の評価と高効化 (2011)
  • 著者名/発表者名: 谷口勝彦, 田中佑宜, 榎本幹男, 長谷川健, 伊原学
  • 学会等名: 日本化学会第91春季年会
  • 発表場所: 神奈川大学横浜キャンパス
  • 年月日: 20110326-29
• [学会発表] ペプチド核酸による色素増感太陽電池の内部量子収率の増大 (2011)
  • 著者名/発表者名: N.Loew, 池之内俊, 伊原学
  • 学会等名: 化学工学会第76年会
  • 発表場所: 東京農工大学
  • 年月日: 20110322-24
• [学会発表] 金ナノ粒子を導入したチタニア光電極の色素増感太陽電池への応用と結合状態の評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 谷口勝彦, 田中佑宜, 榎本幹男, 長谷川健, 伊原学
  • 発表場所: 東京農工大学
  • 年月日: 20110322-24
• [学会発表] 太陽電池用金属ナノ粒子/ポーラスシリコン複合材料における局在表面プラズモン効果 (2011)
  • 著者名/発表者名: 鉢村浩徳, 田中佑宜, 伊原学
  • 学会等名: 化学工学会第76年会
  • 発表場所: 東京農工大学
  • 年月日: 20110322-24
• [学会発表] 銀ナノ粒子による局在表面プラズモンの利用を目指した湿式半導体太陽電池の検討 (2011)
  • 著者名/発表者名: 三島崇禎, 田中佑宜, (IMRA EUROPE S.A.S) 勝田洋行・Chone C, 伊原学
  • 学会等名: 化学工学会第76年会
  • 発表場所: 東京農工大学
  • 年月日: 20110322-24
• [図書] 第3世代としてのプラズモニック太陽電池-色素増感太陽電池に金属ナノ粒子の局在表面プラズモンを利用-, ナノ学会会報 Vol.10 No.2 (2012)
  • 著者名/発表者名: 伊原学
  • 総ページ数: 75-78
  • 出版者: ナノ学会
• [図書] プラズモ二クスによる色素増感太陽電池の高効率化, 応用物理 第80巻 第9号 (2011)
  • 著者名/発表者名: 伊原学
  • 総ページ数: 803-807
  • 出版者: 応用物理学会
• [図書] プラズモニック太陽電池---金属ナノ粒子を使った太陽電池の高効率化---, ケイ素化学協会誌 2011年28号 (2011)
  • 著者名/発表者名: 伊原学
  • 総ページ数: 14-19
  • 出版者: ケイ素化学協会
• [図書] プラズモ二クス-光・電子デバイス開発最前線, 第5章 太陽電池 第2節 表面プラズモンによる色素増感太陽電池の高効率化 (2011)
  • 著者名/発表者名: 伊原学
  • 総ページ数: 225-235
  • 出版者: エヌ・ティー・エス
• [備考]
  • URL: http://www.chemistry.titech.ac.jp/~ihara/index.html