| 研究課題/領域番号 |
26810133
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| 研究機関 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
舩木 敬 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 太陽光発電研究センター, 主任研究員 (80450659)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 太陽電池 / 色素増感太陽電池 / ルテニウム錯体色素 / コバルトレドックス / 多角錯体 |
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| 研究実績の概要 |
次世代型太陽電池の実現を目指し、高い開放電圧が得られるコバルト（Co）レドックスと可視光だけでなく近赤外光も利用できるルテニウム（Ru）錯体色素を用いた高性能色素増感太陽電池を開発している。この電池システムでは、Coレドックス→Ru錯体色素の再生過程が遅い、またCoレドックスへの逆電子移動が速いことなどが原因で充分な性能が得られていない。そこで、色素の再生過程の改善と逆電子移動の抑制を図るべく、Ru錯体色素にドナー錯体を連結した多核錯体を設計・合成し、新概念の色素増感太陽電池の創製を検討している。
本研究の多核錯体は、Ru錯体色素・スペーサー・ドナー錯体から構成されており高い合成技術と設計指針が求められるため、多核錯体の基本となる合成経路の開発を検討した。まず、昨年度に合成できた剛直でπ共役系を拡げられるエチニル基を導入したスペーサーを用いて多核錯体の合成を試みた。Co錯体化を行った後にRu錯体化を行ったが、その際にCo錯体がこわれてしまったため目的の多核錯体を得ることが出来なかった。そこで、新たな合成経路として、Ru錯体化を行った後のCo錯体化やスペーサーの部分構造を持つRu錯体を合成した後にCo錯体に配位できる部分を導入する方法などを検討したが、いずれの方法でも目的物を得ることが出来なかったため、新たな合成経路を探索する必要があることがわかった。
また、色素の再生過程に生ずる電子移動では電子の移動距離や錯体同士の結合様式が大きな影響を与えるため、効率の良い電子移動を起こすためのスペーサーの探索が必要である。そこで、上述の多核錯体の合成と並行してビピリミジンやピリジルピラジンなどをスペーサーに持つ多核錯体の合成も試みた。現在までにRu錯体を得ることが出来たので、Co錯体化を行い目的の多核錯体の精製を試みている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
4: 遅れている
理由
本研究ではルテニウム錯体・スペーサー・ドナー錯体から構成される多核錯体色素とコバルトレドックスを用いた新概念の色素増感太陽電池を開発している。目的の多核錯体色素は現在合成中であるが、種々の構造のスペーサーを用いて検討したところ、Ru錯体化の後のCo錯体化をうまく進めるために様々な反応条件の検討が必要であることがわかり、当初の想定以上の時間を要することとなった。また、今年度に所内での異動が生じ、その他の業務が多忙になったため、研究計画を変更する必要が生じたことも要因の一つである。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成28年度は、昨年度に引き続き多核錯体色素の合成を試みる。また、色素再生過程において、ドナー錯体から光励起により生じた酸化状態のRu錯体色素への電子移動には、電子の移動距離や錯体同士の結合様式等が大きな影響を与えるため、構造と電子移動の相関を明らかにすることが重要である。そこで、色素の再生過程で効率良く速やかに電子移動を起こすためのスペーサー部分の構造最適化も検討する。さらに、電池特性を低下させる要因の一つである逆電子移動を抑制する必要もあることから、多核錯体色素に疎水性部分の導入を検討する。まずは長鎖アルキル基を導入し、そのブロッキング効果を評価するとともに、疎水性部分の置換基の種類・鎖長・導入位置などを検討し、最も大きな効果が得られる構造の探索を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
種々の構造のスペーサーを用いて多核錯体色素の合成を試みたが、様々な反応条件等の検討が必要であり当初の想定以上に時間を要することが分かったため。
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| 次年度使用額の使用計画 |
消耗品では、スペーサーなどの配位子や金属錯体の合成に必要な試薬類とガラス器具を購入する。また、電池性能を評価する際に用いるコバルトレドックスの合成に必要な試薬類も購入する予定である。さらに、国内で開催予定の学会に参加し、研究成果を発表するとともに、研究動向を調査して太陽電池や増感色素の分子設計に関する情報など、本研究進めるために有益な最先端の知見を得る予定である。
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