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2014 年度 実績報告書

色素増感太陽電池電極用微粒子集積薄膜構造の最適設計

研究課題

研究課題/領域番号 24560932
研究機関同志社大学

研究代表者

森 康維  同志社大学, 理工学部, 教授 (60127149)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
キーワード色素増感太陽電池 / チタニア粒子 / 電極構造 / 薄膜作製プロセス / 電気泳動堆積法 / 分散状態
研究実績の概要

色素増感太陽電池(DSSC)の電極に用いるチタニア粒子の集積薄膜の構造とDSSCの光電変換効率との関係を検討すると共に,適切な集積薄膜作製条件・方法を見出すことを目的とした。
ドクターブレード法で,市販の球状チタニア粒子のみの試料,市販の針状チタニア粒子のみの試料,あるいは市販の球状チタニア粒子と自ら調製したチタニアナノワイヤー粒子を混合した試料を用い,チタニア粒子集積薄膜の空隙率とDSSCの光電変換効率の関係を調べた。球状粒子集積薄膜では,集積薄膜空隙率が52%の時,7.8%と最も高い光電変換効率が得られた。市販の針状粒子のみの試料では,集積薄膜空隙率を65%まで大きくした方がよく,8.9%の光電変換効率が得られた。両者を比較したところ,最大の光電変換効率を与える空隙率でヨウ素イオンの拡散係数が等しくなり,ヨウ素イオンの拡散係数に着目した空隙構造の制御が必要であることが明らかになった。なお,針状粒子の光電変換効率が球状粒子より高いのは,色素吸着量の相違によると推定される。また市販の球状粒子と自作のチタニアナノワイヤー粒子との混合試料では,後者を25%混合した場合が8.9%と最も高い光電変換効率を得ることができた。この場合の空隙率は粒状粒子のみの場合と同じ52%であり,光電変換効率の向上は,1次元チタニア材料中の電子移動特性の向上によるものと考えられる。
一方,電気泳動堆積法で作製した粒子集積薄膜は,ドクターブレード法で作製する場合より,遙かに均質性が高く,膜厚を容易に制御でき,さらにその再現性にも優れていることが判った。電気泳動堆積法の集積速度の予測式を確立するために,試料の導電率,分散粒子の泳動速度,粒子径を測定し,それらの影響を検討した。その結果,集積速度に最も影響を与える因子は分散粒子径であることが判明した。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (6件)

  • [雑誌論文] Titania Nanoparticle Film Prepared by Electrophoretic Deposition under DC Constant-Current Condition2015

    • 著者名/発表者名
      Yasushige Mori, Kenta Yamada, Yuya Hattori, Yuuki Sato, Shinzo Yoshikado, Katsumi Tsuchiya
    • 雑誌名

      Key Engineering Materials

      巻: 654 ページ: 208 - 212

    • DOI

      10.4028/www.scientific.net/KEM.654.208

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Composite thin films prepared by electrophoresis using two types of TiO2 nanoparticles2014

    • 著者名/発表者名
      Ryo KAWAKAMI, Yuuki SATO, Yasushige MORI, Shinzo YOSHIKADO
    • 雑誌名

      Journal of the Ceramic Society of Japan

      巻: 122 ページ: 436 - 442

    • DOI

      10.2109/jcersj2.122.436

    • 査読あり
  • [学会発表] 色素増感太陽電池の光電変換特性に及ぼすチタニア粒子電極構造の影響2015

    • 著者名/発表者名
      荒谷心,羽田野兼資,土屋活美,森康維
    • 学会等名
      化学工学会第80年会
    • 発表場所
      芝浦工業大学 (東京都)
    • 年月日
      2015-03-20
  • [学会発表] 定電流直流電場下での粒子集積膜の作製2014

    • 著者名/発表者名
      安田武史,横手敦美,土屋活美,森康維
    • 学会等名
      粉体工学会2014年度秋期研究発表会
    • 発表場所
      東京ビックサイト(東京都)
    • 年月日
      2014-11-25
  • [学会発表] Titania Nanoparticle Film Prepared by Electrophoretic Deposition with DC Constant Current Condition2014

    • 著者名/発表者名
      Yasushige Mori, Kenta Yamada, Yuya Hattori, Katsumi Tsuchiya
    • 学会等名
      International Conference on Electrophoretic Deposition V: Fundamentals and Applications (EPD 2014)
    • 発表場所
      Hernstein (Austria)
    • 年月日
      2014-10-08
  • [学会発表] Stripe- and network-patterned structures of silica submicrometer particles prepared by convective self-assembly method2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Mori, R. Sakamoto, K. Tsuchiya
    • 学会等名
      CHISA 2014
    • 発表場所
      Prague (Czech Republic)
    • 年月日
      2014-08-25
  • [学会発表] 色素増感太陽電池のチタニア電極作製方法の検討と効率測定2014

    • 著者名/発表者名
      荒谷 心,横山 大幸,土屋 活美,森 康維
    • 学会等名
      粉体工学会2014年度春期研究発表会
    • 発表場所
      メルパルク京都(京都市)
    • 年月日
      2014-05-29
  • [学会発表] Formation of Stripe Structures of Silica Particles by Convective Self-Assembly Method2014

    • 著者名/発表者名
      R. Kitagawa, R. Sakamoto, K. Tsuchiya, Y. Mori
    • 学会等名
      6th Asian Coating Workshop (ACW2014)
    • 発表場所
      神戸大学(兵庫県,神戸市)
    • 年月日
      2014-05-09

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公開日: 2016-06-01  

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