低温成膜半導体層を用いるプラスチック色素増感光電池の高効率化

使用低温沉积半导体层提高塑料染料敏化光电池的效率

• 批准号: 17029064
• 负责人: 宮坂 力
• 金额: $ 3.07万
• 依托单位: Toin University of Yokohama
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-17029064/
• 关键词: 色素増感; 太陽電池; 半導体; 光電気化学; 酸化チタン; プラスチック; エネルギー変換; モジュール; 半導体膜

低温(<150℃)で導電性プラスチック基板上に、TiO_2ナノ多孔膜を高い密着で被覆するための特殊な高粘度分散TiO_2ペーストを開発し、粒子径分布、膜厚、電解液組成の最適化に基づいたプラスチック色素増感太陽電池(DSC)の高効率化を行った。小型セルの性能評価ならびに大面積モジュールの試作を行なった。下記は成果の概要である。1.TiO_2ナノ粒子多孔層の低温成膜によるフィルム電極の高効率化ナノチタニア水性ゾルを粒子結合材として含み、高い粘度を与えるナノTiO_2ペーストを絶縁性樹脂バインダー(増粘剤)の無添加で調製した。このペーストをITO被覆PENフィルム(シート抵抗13Ω/□)に塗布し、TiO_2多孔膜プラスチック電極を作製した。光散乱用の粒径250nmの粒子と、平均粒径30〜150nmのナノ粒子を混合した塗布膜を2種のRuビピリジル錯体色素(N719、N712)で増感し、有機電解液の組成を変えて性能最適化した結果、N712で増感した電極でプラスチックDSCとしては高い変換効率5.8%(太陽光強度1sun)〜6.4%(光強度118sun)が得られた。2.プラスチック色素増感太陽電池のフレキシブル全固体化ヨウ素系電解液を、ヨウ素を含まない固体電荷輸送層によって置き換え、セルの固体化を試み高効率化を図った。電解液に換えて、ポリアニリン被覆ナノカーボンとヨウ素を含まないイオン液体の複合による高粘度ペーストを擬固体型正孔輸送材料に用いて、全固体型素子を作製し、エネルギー変換効率3-4%の効率を得た(ガラス電極)。また、ITO-PENプラスチック電極を基板として、固体型正孔輸送材料に、単層カーボンナノチューブとイオン液体の複合材料を用いてフルプラスチックの固体セルを作製した。このセルでは最高2.3%のエネルギー変換効率を得た。3.直列大面積モジュールの発電特性の向上上記の低温成膜によって作るTiO_2-ITO-PEN電極とPt/Ti被覆PEN対極を組み合わせ、幅1cm長さ30cmの受光面の単セルを直列結合した大型のフルプラスチックモジュール(10セル直列)を試作した。1sunのもとで単セルの最大出力は0.2A、6.5V、最大エネルギー変換効率は当初の2.5%から4%以上まで改善した。

Low temperature (<150℃), conductivity of TiO_2 on substrate, high density of TiO_2 porous film coating, special high viscosity dispersion TiO_2 particles development, particle size distribution, film thickness, electrolyte composition optimization, substrate optimization, high efficiency of dye sensitized solar cells (DSC). Small size performance evaluation and large area test run The following is a summary of the results. 1. TiO_2 particles porous layer for low temperature film formation, high efficiency, high viscosity, particle binder, high viscosity, and TiO_2 particles porous layer for insulating resin without additive. The ITO coated PEN electrode (resistance 13Ω/□) was coated with TiO_2 porous film. The particle size of 250nm and the average particle size of 30 ~ 150nm for light scattering were mixed, and the coating film was coated with two kinds of Ru particles (N719 and N712). The sensitivity of the organic electrolyte was improved. The composition of the organic electrolyte was changed. The performance was optimized. As a result, N712 increased the sensitivity of the electrode. The conversion efficiency was 5.8%(sunlight intensity 1sun)~ 6.4%(light intensity 118sun). 2. Solidification of pigment sensitive solar cells with solid electrolyte and solid charge transport layer Electrolyte exchange, polymer coating, coating, ITO-PEN electrode substrate, solid-type positive pore transport material, single-layer transport material, liquid composite material, solid-type positive pore transport material The highest rate of conversion is 2.3%. 3. The combination of TiO_2-ITO-PEN electrode and Pt/Ti-coated PEN electrode was tested for the transmission characteristics of in-line large-area low-temperature film formation. The combination of in-line large-area film formation (10-in-line) and Pt/Ti-coated PEN electrode was tested for the light-receiving surface of 1 cm in width and 30cm in length. The maximum output of a unit in a 1sun is 0.2A, 6.5V, and the maximum power conversion efficiency has improved from 2.5% to more than 4%.

项目成果

プラスチック色素増感太陽電池と蓄電型太陽電池(光キャパシタ)の開発

塑料染料敏化太阳能电池、蓄电型太阳能电池（光电容器）的开发

• 发表时间: 2006
• 期刊: 太陽エネルギー 32
• 作者: K.Yamada;H.Nakamura;S.Matsushima;H.Yamane;T.Haishi;K.Kuamda;Hiroshi Kominami;古南 博;Hiroshi Kominami;古南 博;Hiroshi Kominami;Hiroshi Kominami;Hiroshi Kominami;S.Hashimoto;橋本修一;S.Hashimoto;S.Hashimoto;S.Hashimoto;S.Hashimoto;S.Hashimoto;池田 信之;宮坂 力;雉鳥 優二郎;池田 信之;手島健次郎;池上和志;池上 和志
• 通讯作者: 池上 和志

有機エレクトロニクスにおける分子配向技術

有机电子学中的分子取向技术

• 发表时间: 2007
• 作者: K.Yamada;H.Nakamura;S.Matsushima;H.Yamane;T.Haishi;K.Kuamda;Hiroshi Kominami;古南 博;Hiroshi Kominami;古南 博;Hiroshi Kominami;Hiroshi Kominami;Hiroshi Kominami;S.Hashimoto;橋本修一;S.Hashimoto;S.Hashimoto;S.Hashimoto;S.Hashimoto;S.Hashimoto;池田 信之;宮坂 力;雉鳥 優二郎;池田 信之;手島健次郎;池上和志;池上 和志;池上 和志;宮坂 力;雉鳥優二郎;Takurou N.Murakami;Nobuyuki Ikeda;宮坂 力(共著)
• 通讯作者: 宮坂 力(共著)

蓄電できる色素増感太陽電池「光キャパシタ」の仕組み

染料敏化太阳能电池“光电容器”的储能机制

• 发表时间: 2006
• 期刊: オーム 6
• 作者: K.Yamada;H.Nakamura;S.Matsushima;H.Yamane;T.Haishi;K.Kuamda;Hiroshi Kominami;古南 博;Hiroshi Kominami;古南 博;Hiroshi Kominami;Hiroshi Kominami;Hiroshi Kominami;S.Hashimoto;橋本修一;S.Hashimoto;S.Hashimoto;S.Hashimoto;S.Hashimoto;S.Hashimoto;池田 信之;宮坂 力;雉鳥 優二郎;池田 信之;手島健次郎
• 通讯作者: 手島健次郎

プラスチック色素増感太陽電池の先端技術

塑料染料敏化太阳能电池的先进技术

• 发表时间: 2006
• 期刊: 光学 35(11)
• 作者: K.Yamada;H.Nakamura;S.Matsushima;H.Yamane;T.Haishi;K.Kuamda;Hiroshi Kominami;古南 博;Hiroshi Kominami;古南 博;Hiroshi Kominami;Hiroshi Kominami;Hiroshi Kominami;S.Hashimoto;橋本修一;S.Hashimoto;S.Hashimoto;S.Hashimoto;S.Hashimoto;S.Hashimoto;池田 信之;宮坂 力;雉鳥 優二郎;池田 信之;手島健次郎;池上和志;池上 和志;池上 和志
• 通讯作者: 池上 和志

A high-voltage dye-sensitized photocapacitor of three-electrode system

一种三电极体系高压染料敏化光电容器

• 发表时间: 2005
• 期刊: Chemical Communications
• 影响因子: 4.9
• 作者: K.Yamada;H.Nakamura;S.Matsushima;H.Yamane;T.Haishi;K.Kuamda;Hiroshi Kominami;古南 博;Hiroshi Kominami;古南 博;Hiroshi Kominami;Hiroshi Kominami;Hiroshi Kominami;S.Hashimoto;橋本修一;S.Hashimoto;S.Hashimoto;S.Hashimoto;S.Hashimoto;S.Hashimoto;池田 信之;宮坂 力;雉鳥 優二郎;池田 信之;手島健次郎;池上和志;池上 和志;池上 和志;宮坂 力;雉鳥優二郎;Takurou N.Murakami
• 通讯作者: Takurou N.Murakami