高密度色素分子へのマーカス理論の積極的適用方法の開拓と色素増感太陽電池への応用

色素増感太陽電池に用いられる色素には半導体に吸着させるためにカルボン酸などの部位（吸着基）を付けている。また吸着基まで電子軌道が広がっている（共役架橋）色素と、いない色素（非共役架橋）がある。非共役架橋色素は半導体から色素への電荷再結合が遅いことが期待される。2021年度の実験結果では非共役架橋色素への再結合が遅くなる結果もあったが、むしろ速くなるケースもあり、吸着した隣接色素も色素のまわりの溶媒分子と同じように振る舞い、再配向エネルギーに影響していると考察した。2022年度にさらに検討したところ、電解液中のカチオンが色素の近くに配置するときに、再配向エネルギーと、非共役色素に対する電子カップリングにも影響を与えていることが示唆された。また新たにシアノ基を吸着基付近に持つ色素で再結合速度を測定したところ、シアノ基を持たない色素よりも大幅に再結合が遅くなった。これもシアノ基が酸化物表面につくる電場の影響であることが示唆された。2021年度に操作が容易な半導体レーザーを導入し、2022年度にはこれを用いてノイズの小さい過渡吸収の測定系を組み立てた。酸化状態色素の吸収スペクトルを測定する装置を改良しながら、異なる構造の色素を様々な電解液や吸着条件で測定したところ、酸化状態色素のスペクトルは溶媒や電解質に敏感に影響を受けることがわかった。色素の吸着量に対しても影響を受けることから、スペクトルの変化から色素の周りの溶媒分子の数、または溶媒に触れている色素の部位や面積などを評価する方法について検討を始めた。銅錯体を色素増感太陽電池に用いた場合、その開放電圧は期待される値より低くなるが、その理由は分かっていなかった。今回その原因を様々な仮説を立てて調べたところ、銅錯体と電解液に添加した分子との相互作用が濃度によって異なることが原因であることがわかった。

色素増感太陽電池に用いられる色素には半導体に吸着させるためにカルボン酸などの部位（吸着基）を付けている。また吸着基まで電子軌道が広がっている（共役架橋）色素と、いない色素（非共役架橋）がある。非共役架橋色素は半導体から色素への電荷再結合が遅いことが期待される。2021年度の実験結果では非共役架橋色素への再結合が遅くなる結果もあったが、むしろ速くなるケースもあり、吸着した隣接色素も色素のまわりの溶媒分子と同じように振る舞い、再配向エネルギーに影響していると考察した。2022年度にさらに検討したところ、電解液中のカチオンが色素の近くに配置するときに、再配向エネルギーと、非共役色素に対する電子カップリングにも影響を与えていることが示唆された。また新たにシアノ基を吸着基付近に持つ色素で再結合速度を測定したところ、シアノ基を持たない色素よりも大幅に再結合が遅くなった。これもシアノ基が酸化物表面につくる電場の影響であることが示唆された。2021年度に操作が容易な半導体レーザーを導入し、2022年度にはこれを用いてノイズの小さい過渡吸収の測定系を組み立てた。酸化状態色素の吸収スペクトルを測定する装置を改良しながら、異なる構造の色素を様々な電解液や吸着条件で測定したところ、酸化状態色素のスペクトルは溶媒や電解質に敏感に影響を受けることがわかった。色素の吸着量に対しても影響を受けることから、スペクトルの変化から色素の周りの溶媒分子の数、または溶媒に触れている色素の部位や面積などを評価する方法について検討を始めた。銅錯体を色素増感太陽電池に用いた場合、その開放電圧は期待される値より低くなるが、その理由は分かっていなかった。今回その原因を様々な仮説を立てて調べたところ、銅錯体と電解液に添加した分子との相互作用が濃度によって異なることが原因であることがわかった。