界面構造設計した高機能化ナノ粒子の太陽電池デバイスへの応用

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23246132
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 神谷 秀博 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20183783)
• 研究分担者: 酒井 幹夫 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00391342) ; LENGGORO WULED 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10304403) ; 鮫島 俊之 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30271597) ; 伏見 千尋 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50451886) ; 飯島 志行 横浜国立大学, 環境情報研究科(研究院), 講師 (70513745) ; 伊原 学 東京工業大学, 理工学研究科, 准教授 (90270884) ; 稲澤 晋 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30466776)
• 研究期間 (年度): 2011-11-18 – 2014-03-31
• キーワード: 色素増感太陽電池 / ナノ複合体 / ナノ界面設計 / 凝集分散制御 / コロイド化学プロセス / 離散要素法 / リチウム電池電極 / 波長変換素子

研究概要

本研究では、微粒子、ナノ粒子の界面構造・機能設計法により分散性、配列性を制御可能なナノ粒子、微粒子と関連プロセス基盤技術を用いて、量子効果などナノ粒子の光学的機能を最も有効に活用できると予測される太陽電池及び関連する複合素材、さらにリチウム電池電極へのカーボンナノ材料の利用可能性を切り開くプロセス技術の構築を試みた。
銀ナノ粒子のプラズモン増強効果を利用した色素増感型太陽電池については、酸化チタン電極薄膜内での銀ナノ粒子の配列設計を可能とする二段階銀ナノ粒子表面設計法を確立し、表面設計によるプラズモン効果の増大を確認した。また、色素増感太陽電池電極用チタニアナノ粒子薄膜中への銀ナノ粒子の分散性の向上も確認した。
タンデム型固体接触型太陽電池用接着層や太陽電池の効率向上効果が期待できる量子効果を有する波長変換ナノ粒子分散透明薄膜への適用を可能とする耐候性を有する導電性ナノ粒子の配列設計による導電性透明ポリマー複合膜の合成を試みた。この目的のため、ナノ繊維表面上に導電性ナノ粒子を高密度に被覆するする手法、及びナノ粒子被覆ナノ繊維を用いた複合ポリマーシート合成法を確立した。表面修飾したナノ粒子は有機溶媒中での分散性が極めて高いが、ナノ繊維表面に被覆することにより、ナノ繊維の液中や樹脂中での絡み合い、接合・接着も防止でき、表面修飾した導電性ナノ粒子の被覆によりポリマー中で一次元的導電パスができる構造設計を可能とした。
さらに、リチウム電池電極への炭素系ナノ物質の応用を可能にするため、負極用のグラファイト粒子の表面に炭素系ナノ物質生成触媒金属ナノ粒子を被覆する方法を確立し、グラファイト表面に炭素系ナノ物質を高密度に生成・被覆する手法の開発に成功した。この手法によりリチウム電池性能の高容量、高出力化への炭素系ナノ物質応用の可能性を開いた。

現在までの達成度 (区分)

理由

25年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

25年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Carbon Nanotube/Nanofibers and Graphite Hybrids for Li-Ion Battery Application (2014)
  • 著者名/発表者名: Yosuke Nomura, Ilya V. Anoshkin, Chikaaki Okuda, Motoyuki Iijima, Yoshio Ukyo, Hidehiro Kamiya, Albert G. Nasibulin, and Esko I. Kauppinen
  • 雑誌名: Journal of Nanomaterials 巻: 2014 ページ: 586241
  • DOI: 10.1155/2014/586241
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication of composite particles by attaching surface-modified nanoparticles to core particles by wet processing in organic solvents (2014)
  • 著者名/発表者名: Motoyuki Iijima, Kazuki Oguma, Aki Kurumiya, Hidehiro Kamiya
  • 雑誌名: Colloids and Surfaces A 巻: 452 ページ: 51-58
  • DOI: 10.1016/j.colsurfa.2014.03.101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Free-standing, roll-able, and transparent silicone polymer film prepared by using nanoparticles as cross-linking agents (2013)
  • 著者名/発表者名: Motoyuki Iijima, Sayaka Omori, Keisuke Hirano, Hidehiro Kamiya
  • 雑誌名: Adv. Powder Technol. 巻: Vol24(3) ページ: 625-631
  • DOI: 10.1016/j.apt.2012.11.011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analysis of dispersion and aggregation behavior of carbon black particles in aqueous suspension by colloid probe AFM method (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoko Hanada, Shoichi Masuda, Motoyuki Iijima, Hidehiro Kamiya
  • 雑誌名: Adv. Powder Technol. 巻: Vol 24(5) ページ: 844-851
  • DOI: 10.1016/j.apt.2013.02.010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of TiO2 nanoparticles aggregation in silicate thin coating films on photocatalytic behavior for antifouling materials (2013)
  • 著者名/発表者名: Ken Yoshioka, Tetsuya Okuda, Hisashi Fujii, Yoshihito Kamimoto, Hidehiro Kamiya
  • 雑誌名: Adv. Powder Technol. 巻: 24(5) ページ: 886-890
  • DOI: 10.1016/j.apt.2013.05.010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Composites of SnO2/layered SnOx compounds and their electrical properties (2013)
  • 著者名/発表者名: Kenji Suzuoka, Kazuhiko Katoh, Yasunori Tabira, Isamu Yashima, Motoyuki Iijima and Hidehiro Kamiya
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 3 ページ: 22931-22934
  • DOI: 10.1039/c3ra43904f
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dispersion of inorganic electrolytes in low-polarity solvents assisted by surface modified magnetic nanoparticles and their base catalytic properties (2013)
  • 著者名/発表者名: Motoyuki Iijima, Takahiko Otsubo, Hidehiro Kamiya
  • 雑誌名: Chemical Engineering Science 巻: 91(22) ページ: 65-69
  • DOI: 10.1016/j.ces.2013.01.009
  • 査読あり
• [学会発表] Surface interaction control and characterization of microcapsule and biological molecules for pharmaceutical application (2014)
  • 著者名/発表者名: H.Kamiya, M. Iijima
  • 学会等名: 38th International Conference and Exposition on Advanced Ceramics and Composites
  • 発表場所: Florida, USA
  • 年月日: 20140126-20140131
  • 招待講演
• [学会発表] Nanoparticles and carbon nanomaterial coated fine particles prepared through colloidal and CVD combined process (2013)
  • 著者名/発表者名: H.Kamiya, M. Iijima
  • 学会等名: 5th International Symposium on Advanced Ceramics (ISAC-5)
  • 発表場所: Wuhan, China
  • 年月日: 20131209-20131212
  • 招待講演
• [学会発表] Nanoparticle and nanomateriak dispersion behavior and packing structure control for applications in polymer composites and Li-ion batteries (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Kamiya
  • 学会等名: THERMEC 2013
  • 発表場所: Las Vegas, USA
  • 年月日: 20131202-20131206
  • 招待講演
• [学会発表] Controlling Stability of Functional Nanoparticles in Organic Solvents and Polymeric Materials: From Homogeneous Dispersion to Nano-scale Alignment (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Iijima and H. Kamiya
  • 学会等名: 12th International Conference on Ceramic Processing Science
  • 発表場所: Portland, USA
  • 年月日: 20130804-20130807
• [学会発表] Effect of Surface Chemical Structure of Ag Nanoparticles on Supporting Behavior into TiO2 Porous Films and their Optical Properties (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Miyazaki, M. Iijima, M. Ihara and H. Kamiya
  • 学会等名: 12th International Conference on Ceramic Processing Science
  • 発表場所: Portland, USA
  • 年月日: 20130804-20130807
• [学会発表] 湿式プロセスによる機能性微粒子の表面改質と液中分散制御 (2013)
  • 著者名/発表者名: 飯島志行、神谷秀博
  • 学会等名: 第48回技術討論会ならびに展示会（粉体工学会／日本粉体工業技術協会）
  • 発表場所: 東京大学生産技術研究所コンベンションホール（駒場キャンパス）
  • 年月日: 20130617-20130618
  • 招待講演
• [学会発表] Preparation of SnO2/layered SnOx compound composites and their electrical properties (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Suzuoka, K. Katoh, Y. Tabira, I. Yashima, M. Iijima, H. Kamiya
  • 学会等名: 10th Pacific Rim Conference on Ceramic and Glass Technology
  • 発表場所: San Diego, CA, USA
  • 年月日: 20130602-20130607
• [学会発表] Transparent Silicone Polymer Composite Films with Silica and Functional Nanoparticles (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Iijima, S. Omori, M. Kimura, K. Hirano, H. Kamiya
  • 学会等名: 10th Pacific Rim Conference on Ceramic and Glass Technology
  • 発表場所: San Diego, CA, USA
  • 年月日: 20130602-20130607
  • 招待講演
• [学会発表] Nanoparticle and nanomaterial dispersion behaviour control forapplication in polymer composites and Li-ion batteries, Plenary (2013)
  • 著者名/発表者名: H.Kamiya
  • 学会等名: PARTEC 2013
  • 発表場所: Neurnberg, Germany
  • 年月日: 20130423-20130425
  • 招待講演
• [学会発表] Carbon Nanomaterial Dense Layer Formation On Graphite Particles for Li-Ion Battery Anode By Using Colloidal and CVD Combined Process
  • 著者名/発表者名: Hidehiro Kamiya, Yosuke Nomura, Ilya V. Anoshkin, Chikaaki Okuda, Motoyuki Iijima, Yoshio Ukyo, Albert G. Nasibulin, and Esko I. Kauppinen
  • 学会等名: 2013 AIChE Annual Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
• [図書] 分散・塗布・乾燥の基礎と応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 神谷秀博・山口由岐夫・辻佳子・淵上修三・山村方人
  • 総ページ数: 600 (7～22, 65～72, 93～95)
  • 出版者: 株式会社テクノシステム
• [備考] 神谷研究室
  • URL: http://www.tuat.ac.jp/~kamihide/