研究課題
一般に、メソポーラスチタニア薄膜と色素を用いた光電変換デバイスにおいては、チタニア表面の色素吸着サイト数が有限であるため、複数種の色素を用いる共増感法による光電効率の向上は困難である。そこで本課題では、光増感機能を有する機能性配位子を持ち、単一の色素であたかも複数の色素を組み合わせたかのような高い光電変換効率を示す自己共増感型錯体色素の開発を行うことを目的として研究を行った。本課題では、自己共増感型錯体色素の開発に向け、ターピリジン配位子上の様々な位置に各種発色団を導入した新規ルテニウム錯体色素の系統的な合成を行った。この検討によって、自己共増感機能の発現には、ターピリジン配位子の4位に発色団を導入することが最も効果的であることが明らかとなった。次に、発色団の種類について検討したところ、2－ヘキシルチエニル基が最も効果的であることが判明した。一方、チタニア表面における色素の吸着形態は、色素からチタニア伝導帯への電子注入過程に対して大きな影響を及ぼすことが明らかとなった。すなわち、効率の良い電子移動の達成には、チタニア表面に対するアンカー基を配位子上に持ち、これを用いてチタニア表面に化学結合していることが必要であることが明らかとなった。以上の検討により、自己共増感機能を示す新規高性能ルテニウム錯体色素の開発に成功した。この色素を用いた光電変換デバイスにおいて、チタニア表面に対する色素の吸着条件の最適化や、電解液組成の調節などによって、ルテニウム錯体色素としては世界最高性能に匹敵する極めて高い光電変換効率(11.9%)を達成することに成功した。
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