擬固体電解質とナノチタニア層との界面最適化による擬固体色素増感太陽電池の高性能化

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色素増感太陽電池(DSSC)は揮発性有機溶剤を含んだ電解液を使用しており、耐久性を確保するには十分な封止技術が必要である。我々は不揮発性の室温溶融塩をゲル化することにより電解質を固体化する技術が耐久性向上に有効であることを実証してきた。しかし室温溶融塩は有機溶剤タイプの電解液に比較し粘度が高くイオンの拡散定数が低いという欠点があった。限界電流を大きくするため電荷輸送体であるヨウ素の濃度を有機溶剤系電解液より10倍程度高くする必要があった。このため暗電流が大きくなり太陽電池性能の低下がしばしば見られた。チタニア界面を修飾して逆電子移動を抑制する試みが従来の溶剤系電解液で試みられてきた。しかしSnO_2を半導体電極に使った場合には大きな性能向上効果が報告されているがチタニアを使った場合には効果は小さいと報告されている。我々は溶融塩を電解液とするDSSCのチタニアナノ界面を修飾しその効果を調べた。チタニアナノ界面は色素分子で覆われているが、その隙間から逆電子移動が起こる。色素の間を埋めるblocking materialとして、(1)チタニア表面と反応しやすい、(2)色素の間を埋めることができるように分子が小さいなどの理由から、カルボン酸を選んだ。チタニア界面を酢酸でブロックしたチタニア電極を用いたDSSCは、未処理のDSSCに比較し短絡電流が8mA/cm2から13mA/cm2と大きく向上した。界面修飾は室温溶融塩を使ったDSSCの効率向上に非常に有効である。