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2014 Fiscal Year Annual Research Report

色素増感太陽電池の低温焼成技術の開発

Research Project

Project/Area Number 14J01996
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

全 俊豪  東京大学, 新領域創成科学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2014-04-25 – 2016-03-31
Keywords色素増感太陽電池 / 低温焼成 / 低コスト化
Outline of Annual Research Achievements

本年度の研究では次世代の低コスト太陽電池として現在注目を集めている色素増感太陽電池について、紫外線と大気圧プラズマを併用した低温焼成技術を開発し、従来通りの変換効率や品質を維持したまま構成材料のより一層の低コスト化に成功した。
色素増感太陽電池は、基板にガラス板もしくはプラスチックフィルムを用いた2つのタイプがあるが、プラスチック基板型はガラス基板型の1/3以下のコストで作成できるため、低コストを特徴とする色素増感太陽電池においてはプラスチック型が本命である。しかし良質なTiO2光電極を製作するには450度から550度程度の高温で焼成する工程が必要不可欠であるが、プラスチック基板の耐熱温度はせいぜい150度しかない。そのためプラスチック基板型では高温焼成ができず、酸化チタン光電極の特性が著しく落ちてしまうことから、エネルギー変換効率がガラス基板型の半分程度しかないという問題点がある。本年度の研究の特徴は紫外線や大気圧プラズマで低温条件下(150℃以下)でも生成出来る化学的活性種を用いて、構成材料とエネルギー変換効率を維持したまま焼成温度だけを低下させ、ガラス基板、プラスチック基板双方に対応できる低温焼成法を開発したことである。その結果、薄膜条件下では従来のエネルギー変換効率を維持したまま、高価な耐熱ガラスではなく安価なガラスやプラスチックを基板に使用できるようになり、低コストな色素増感太陽電池のより一層の低コスト化に成功した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究課題は当初予定通り、おおむね順調に進展している。色素増感太陽電池の焼成温度を450度から150度に下げるため、酸化チタン光電極の紫外線処理とプラズマ処理を組み合わせた独自の手法を平成26年度開発した。そして、開発した手法を用いて150度焼成で作成した太陽電池のエネルギー変換効率は、従来の450度焼成で作成したものと遜色ないところまで達成した。このような新しい手法を実用化するには原理解明が必要だが、XPS、SEM、インピーダンス計測、吸光度計測を通して酸化チタン光電極の特性を調べ、原理解明も大きく進展した。以上の研究成果は、今年度のApplied Physics LettersおよびJournal of Applied Physicsに論文として掲載され、また国際学会での発表も数件あり、広く認められている。

Strategy for Future Research Activity

薄膜の色素増感太陽電池では当初の研究目的を達成できているため、今後の研究は厚膜条件でも同様な成果を達成できるように推進していく方向である。原因解明の結果、本研究手法の従来法に比べて酸化チタン膜の電子拡散長が短い問題点を発見し、この問題点を解決することで厚膜条件でも当初の研究目的を達成できていると考えている。具体的な対策法としては大気圧プラズマ装置を改良して、放電条件を室温から150度程度まで上げることで酸化チタン膜の電子拡散長を増加させることができると考えられるため、上記の改良をまず行う。

  • Research Products

    (11 results)

All 2015 2014 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (8 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Low temperature (150 ºC) fabrication of high-performance TiO2 films for dye-sensitized solar cells using ultraviolet light and plasma treatments of TiO2 paste containing organic binder2015

    • Author(s)
      Shungo Zen, Yuki Inoue and Ryo Ono
    • Journal Title

      JOURNAL OF APPLIED PHYSICS

      Volume: 117 Pages: 103302

    • DOI

      10.1063/1.4914873

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Low-temperature sintering for plastic dye-sensitized solar cells using conventional TiO2 paste containing organic binders2014

    • Author(s)
      Shungo Zen, Yuta Ishibashi and Ryo Ono
    • Journal Title

      APPLIED PHYSICS LETTERS

      Volume: 104 Pages: 213904

    • DOI

      10.1063/1.4880117

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 低温焼成した色素増感太陽電池の電気化学インピーダンス測定2015

    • Author(s)
      全 俊豪, 井上 湧貴, 小野 亮
    • Organizer
      日本化学会 第95春季年会
    • Place of Presentation
      日本大学(千葉県習志野市)
    • Year and Date
      2015-03-26 – 2015-03-29
  • [Presentation] 色素増感太陽電池の150度低温焼成技術の原因解明2015

    • Author(s)
      全 俊豪, 井上 湧貴, 小野 亮
    • Organizer
      第16回静電気学会春期講演会
    • Place of Presentation
      東京大学(東京都文京区)
    • Year and Date
      2015-03-05 – 2015-03-06
  • [Presentation] プラスチック基板型色素増感太陽電池の低温焼成技術の開発2014

    • Author(s)
      全 俊豪, 井上 湧貴, 小野 亮
    • Organizer
      Plasma Conference 2014
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ(新潟県新潟市)
    • Year and Date
      2014-11-18 – 2014-11-21
  • [Presentation] Development of low-temperature annealing technique for plastic dye-sensitized solar cells2014

    • Author(s)
      Shungo Zen, Ryo Ono, and Tetuji Oda
    • Organizer
      3rd Korea-Japan Conference on Plama and Electrostatics Technologies
    • Place of Presentation
      Jeju (Korea)
    • Year and Date
      2014-11-05 – 2014-11-07
  • [Presentation] Development of low-temperature sintering technique for plastic dye-sensitized solar cells2014

    • Author(s)
      Shungo Zen, Ryo Ono, and Tetuji Oda
    • Organizer
      2014 IEEE Industry Applications Society Annual Meeting
    • Place of Presentation
      Vancouver (Canada)
    • Year and Date
      2014-10-05 – 2014-10-09
  • [Presentation] プラスチック基板型色素増感太陽電池の低温焼成技術の開発2014

    • Author(s)
      全 俊豪, 小野 亮
    • Organizer
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      北海道大学(北海道札幌市)
    • Year and Date
      2014-09-17 – 2014-09-20
  • [Presentation] プラスチック基板型色素増感太陽電池の低温焼成技術の開発2014

    • Author(s)
      全 俊豪, 石橋 祐太, 小野 亮
    • Organizer
      第38回静電気学会全国大会
    • Place of Presentation
      広島国際大学(広島県呉市)
    • Year and Date
      2014-09-08 – 2014-09-09
  • [Presentation] Dielectric barrier discharge surface modification treatment technique for dye-sensitized solar cells2014

    • Author(s)
      Shungo Zen, Yuta Ishibashi and Ryo Ono
    • Organizer
      International Symposium on Electrohydrodynamics 2014
    • Place of Presentation
      Okinawa (Japan)
    • Year and Date
      2014-06-22 – 2014-06-25
  • [Remarks] 東京大学小野亮研ホームページ

    • URL

      http://streamer.t.u-tokyo.ac.jp/

URL: 

Published: 2016-06-01  

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