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Accurate Analyses for Photoelectrochemical Reaction in Non-Aqueous Electrolyte and Construction of Photoelectrochemical-Photovoltaic Cells with High Photovoltage

非水电解质中光电化学反应的精确分析及高光电压光电化学光伏电池的构建

基本信息

批准号：
18H05991
负责人：
影島洋介
金额：
$ 1.91万
依托单位：
Shinshu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-08-24 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究課題では、1電子反応のレドックス対を含む非水系電解液中での光電気化学反応を利用した高開放端電圧の湿式太陽電池の開発を目的としている。より長波長域の光までを利用できるナローギャップ材料として、ZｎSeとCdSeの固溶体(ZnxCd1-xSe)光アノードに着目した。ZnxCd1-xSe光アノードから成る非水系湿式太陽電池は、約1.3 Vという水の理論電解電圧を超える開回路電圧を一段階光励起過程で示した。大気中光電子分光測定によってZnxCd1-xSeの価電子帯上端(VBM)位置を実測し、固液界面でのレドックス電位とバンド端位置を明らかにした。Ru錯体の平衡電位は水の酸化電位より貴であり、かつ半導体のVBMよりわずかに卑であったため、光励起生成ホールによるレドックス反応の進行が可能であり、貴なレドックス電位と比較的卑な光アノードのオンセット電位が、高開放端電圧の実現に寄与したことが示された。一方、特にZnの比率が高いワイドギャップ材料を用いた場合、半導体の伝導体下端位置に比べてオンセット電位が貴であることが確認された。照射する光の強度を増加することでオンセット電位が徐々にネガティブシフトしたことから、バンド内に位置する界面準位がオンセット電位を支配している可能性も示唆された。従って、更なる開放端電圧の向上にはこうした界面準位の不活化が重要であると考えられる。特に良好な特性を示したZn0.25Cd0.75Seのバンドギャップエネルギー1.84 eVに対して、得られた光起電力1.32 Vはバンドギャップの72％に相当する。このことから本研究は、半導体材料のバンドギャップエネルギーの大部分を光起電力に変換可能な新たな光電気化学セルのコンセプトを提示できたものと言える。これらの成果に関しては国際学会で報告予定であり、国際学術誌へも投稿準備中である。

The purpose of this study is to develop wet solar cells with high open-end voltage by using photoelectrochemical reaction in non-aqueous electrolyte containing hydrogen. The use of light in the long wavelength domain is particularly important for materials such as ZnSe and CdSe solid solutions. ZnxCd1-xSe light source is about 1.3 V and the theoretical electrolytic voltage of water is about 1.5 V, so the open-loop voltage is about 1.5 V and the excitation process is about 1.5 V The position of the upper electron band (VBM) of ZnxCd1-xSe was measured by high intensity photoelectron spectroscopy, and the position of the upper potential of the solid-liquid interface was determined. The equilibrium potential of Ru complex is the acid potential of water, the voltage of VBM of semiconductor, the potential of photoexcitation, the potential of photoexcitation, the potential of comparison, the potential of high open-end voltage. When the ratio of Zn is high, the lower end of the semiconductor conductor is higher than the lower end of the semiconductor conductor. When the intensity of the irradiated light increases, the potential of the light source increases, and the potential of the light source increases. Open terminal voltage and upward voltage are important for interface alignment. Especially good characteristics are shown in Zn0.25Cd0.75Se, which is equivalent to 72% of the photovoltaic power of 1.32 V and 1.84 eV. This study suggests that most of the semiconductor materials can be converted into new photoelectrochemical materials. The results of the International Academy of Sciences are scheduled for submission to the International Academy of Sciences.