2015 Fiscal Year Annual Research Report
近赤外光吸収色素のバンドギャップ制御による未利用太陽光エネルギー変換
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15H02172
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
木村 睦 信州大学, 学術研究院繊維学系, 教授 (60273075)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森 正悟 信州大学, 学術研究院繊維学系, 准教授 (10419418)
小林 長夫 信州大学, 学術研究院繊維学系, 教授 (60124575)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 色素 / フタロシアニン / 光電変換 / 太陽電池 / 吸着 / 電子移動 / エネルギー移動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
太陽光エネルギーのうち40%を占める近赤外光エネルギーは有効利用できておらず、この領域をエネルギー変換するデバイスが求められている。色素分子を利用した色素増感太陽電池は、色素分子のバンドギャップに応じた分光感度を示す。近赤外光領域に吸収を持つπ拡張金属フタロシアニン錯体の精密バンドギャップ制御手法を開発し、色素増感太陽電池において近赤外領域を高効率に光電変換できるようにする。本研究は近赤外光有効利用のための近赤外光電変換色素のバンドギャップサイエンスを開拓することを目的とする。本年度は、吸着基の探索・近赤外光領域への光捕集拡大・タンデム色素による可視光全領域光電変換に関する成果を得た。
吸着基としてピリジンを持つ亜鉛フタロシアニン錯体を合成したところ、従来型のカルボン酸を持つ色素とほぼ同等の変換効率を示した。さらに、フタロシアニン錯体が吸収を持たない500-600nmを光電変換できるカルボン酸を吸着基とする有機色素と混合したところ、変換効率の大幅な向上が得られた。次に、解放電圧が期待できるコバルト電解質において、カルボン酸が２つあるフタロシアニン錯体が高い変換効率を示すことを見出した。酸化チタン上での吸着基の密度を高めることにより、酸化チタン上での電子移動制御が可能となった。
近赤外光領域に吸収を持つ亜鉛ナフタロシアニン錯体を合成し、色素増感太陽電池における変換効率における構造依存性を調べた。側鎖の構造によってHOMO準位が変化し、ドナー性の高い側鎖を導入すると変換効率が大きく低下した。会合抑制とドナー性の最適化を行ったところ、変換効率3.2％を達成した。
赤色のポルフィリンと青色のフタロシアンを連結したタンデム型色素を合成した。２つの色素の連結方法によって変換効率が変化し、エネルギー移動における空間的な色素は位置が重要であることを見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
近赤外光領域の高効率な光電変換を可能とする色素設計に関する知見を見出すことができた。色素のバンドギャップを理解するために、様々な分光学的手法と計算化学を駆使することができるようになり、分子設計の高度化につながった。
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| Strategy for Future Research Activity |
得られた知見をもとに、より高い変換効率を示す色素群の創成につなげる。さらに、1000nmまで変換できる色素を得るための骨格検討及びアップコンバージョン機能を持つ色素組織体の開発も進める。
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Research Products
(7 results)
