半導体層の多層化による全固体型色素増感太陽電池の高効率化

1.固体型色素増感太陽電池における開回路電圧向上これまで、酸化チタンをはじめとする多孔質酸化物半導体層の表面に種々の高バンドギャップ酸化物を被覆して多層化することにより、n型半導体中に注入された電子の逆電子移動を抑制し、光電変換効率を向上できることが報告されている。しかしながら、この方法では、多孔質TiO_2内に均一に酸化物を被覆するのが難しく、さらに酸化物前駆体を導入後に高温で焼成する必要があるため色素吸着前に行わなければならなかった。本研究では、色素吸着後の多孔質TiO_2 n-型半導体層にZnO、MgO等の高バンドギャップ半導体の前駆体である種々の酢酸塩で処理することにより表面修飾を行った。その結果、Iscは減少するもののVocが大幅に向上し、全体として変換効率を4.1%まで向上させることができた。Vocが向上した理由については、多孔質TiO_2表面に形成された酢酸塩の薄層が、剥き出しのTiO_2とCuIの接触界面による電荷再結合を抑制するためであると考えられ、従来の高バンドギャップ酸化物による被覆と同様の効果が得られたものと考えられる。この方法は、エタノールの沸点程度の温度で行うため、色素吸着後の処理が可能であり、また再現性も良好である。2.非錯体型有機色素の固体型色素増感太陽電池への適用最近、湿式色素増感太陽電池において、従来のルテニウム錯体色素の性能に匹敵する非錯体型有機色素が報告されている。有機色素は、価格、供給量の面で優位であるばかりでなく、吸光係数が大きいので、ルテニウム錯体色素よりも少ない吸着量でも、良好な光吸収効率が期待できる。固体型色素増感太陽電池では、酸化チタンの膜厚を厚くするのが難しいという問題点があったが、有機色素を使えば膜厚が薄くても充分な光吸収効率が得られると考えられる。そこで、いくつかの有機色素について固体型色素増感太陽電池への適用を試みた。比較的薄い膜厚(約5μn)のため、変換効率は1.2%とやや低い値となっているが、Iscについては、有機色素の方が6.4mA/cm^2と、ルテニウム錯体色素の5.0mA/cm^2よりも高い値が得られていることは、注目される。

1.固体型色素増感太陽電池における開回路電圧向上これまで、酸化チタンをはじめとする多孔質酸化物半導体層の表面に種々の高バンドギャップ酸化物を被覆して多層化することにより、n型半導体中に注入された電子の逆電子移動を抑制し、光電変換効率を向上できることが報告されている。しかしながら、この方法では、多孔質TiO_2内に均一に酸化物を被覆するのが難しく、さらに酸化物前駆体を導入後に高温で焼成する必要があるため色素吸着前に行わなければならなかった。本研究では、色素吸着後の多孔質TiO_2 n-型半導体層にZnO、MgO等の高バンドギャップ半導体の前駆体である種々の酢酸塩で処理することにより表面修飾を行った。その結果、Iscは減少するもののVocが大幅に向上し、全体として変換効率を4.1%まで向上させることができた。Vocが向上した理由については、多孔質TiO_2表面に形成された酢酸塩の薄層が、剥き出しのTiO_2とCuIの接触界面による電荷再結合を抑制するためであると考えられ、従来の高バンドギャップ酸化物による被覆と同様の効果が得られたものと考えられる。この方法は、エタノールの沸点程度の温度で行うため、色素吸着後の処理が可能であり、また再現性も良好である。2.非錯体型有機色素の固体型色素増感太陽電池への適用最近、湿式色素増感太陽電池において、従来のルテニウム錯体色素の性能に匹敵する非錯体型有機色素が報告されている。有機色素は、価格、供給量の面で優位であるばかりでなく、吸光係数が大きいので、ルテニウム錯体色素よりも少ない吸着量でも、良好な光吸収効率が期待できる。固体型色素増感太陽電池では、酸化チタンの膜厚を厚くするのが難しいという問題点があったが、有機色素を使えば膜厚が薄くても充分な光吸収効率が得られると考えられる。そこで、いくつかの有機色素について固体型色素増感太陽電池への適用を試みた。比較的薄い膜厚(約5μn)のため、変換効率は1.2%とやや低い値となっているが、Iscについては、有機色素の方が6.4mA/cm^2と、ルテニウム錯体色素の5.0mA/cm^2よりも高い値が得られていることは、注目される。