泳動電着法による非焼成半導体多孔膜を用いるプラスチック色素増感光電池の開発

采用电泳电沉积法开发使用未烧制半导体多孔膜的塑料染料敏化光伏电池

• 批准号: 15033270
• 负责人: 宮坂 力
• 金额: $ 2.37万
• 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: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15033270/
• 关键词: 色素増感; 太陽電池; 低温成膜; 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; 色素増感太陽電池; 低温製膜; 泳動電着; プラスチックフィルム; ナノカーボン; 溶融塩

プラスチックフィルム型色素増感太陽電池の作製に必要な半導体膜の低温成膜として、これまでに進めてきた泳動電着法による酸化チタン多孔膜の形成方法を、製造により適した塗布法に転換を試みることを実施した。すなわち泳動電着粒子の化学的結合(ネッキング)処理に用いた水性酸化チタンゲルをあらかじめ結晶性ナノ粒子に混合し、これを分岐状アルコールと水の混合溶媒に分散することを試みた結果、この分散方法で粘性のペーストを、樹脂バインダーを添加せずに調製できることを見出した(バインダーフリーTiO_2ペーストの開発)。このペーストを導電性フィルム電極(ITO-PETフィルム)へ被覆して150℃で固定化した酸化チタンメソポーラス膜(厚さ10μm)はヨウ素系有機電解液中で5.3%のエネルギー変換効率、0.7V以上の光起電力を与え、泳動電着法による効率を超えるレベルに達した。さらに、多層塗布法によって粒径の大きい層を光反射層として積層した系では、光学的閉じ込め効果によって最大5.7%まで効率を向上させることができた。この方法に基づいて、セルを平面電極上で集電グリッドを用いて直列に組み合わせた大型のフィルム太陽電池のモジュール(15×15cm)を試作した。フィルム色素増感電池として初めての製作例である。8セル連結型のモジュールでは太陽光下で5.5V、屋内照明下でも4.5V以上の起電力を得ることを検証した。また性能上の発見として、色素増感太陽電池の特徴といわれる「拡散光の利用効率の高さ」がこのプラスチックモジュールを用いて確かめられ、浅い入射条件(入射角30°)ではシリコン結晶太陽電池の2倍以上の利用効率で光電流を出力することが明らかとなった。大型化することにより集電能率が低下することから、現在のモジュール性能は効率2%のレベルであるが、今後はグリッドの材料と成膜条件を改善することによって光電流効率を高め、高効率化を図る。

プ ラ ス チ ッ ク フ ィ ル ム type pigment rights system of solar cell の do に necessary な semiconductor film の cryogenic film-forming と し て, こ れ ま で に into め て き た swimming the method に よ る acidification チ タ ン porous membrane の を forming method, manufacturing に よ り optimum し た coating method に planning in を try み る こ と を be applied し た. す な わ ち swimming electric の chemical combination of the particles (ネ ッ キ ン グ) 処 Richard に with い た water acidification チ タ ン ゲ ル を あ ら か じ め crystalline ナ に ノ particles mixed し, こ れ を branching shape ア ル コ ー ル と の water mixed solvent に scattered す る こ と を try み た results, こ scattered の way で viscous の ペ ー ス ト を, resin バ イ ン ダ ー を add せ ず に で modulation Youdaoplaceholder0 る た とを とを see <s:1> た(バ バ ダ ダ ダ フリ フリ フリ フリ ペ TiO_2ペ スト スト スト スト). こ の ペ ー ス ト を conductivity フ ィ ル ム electrode (ITO - PET フ ィ ル ム) へ coating し て 150 ℃ で immobilized し た acidification チ タ ン メ ソ ポ ー ラ ス membrane (10 microns thick さ) は ヨ ウ element is 5.3% organic electrolyte で の エ ネ ル ギ ー variations in working rate, more than 0.7 V の light up power を and え, swimming the method に よ る sharper rate を super え る Youdaoplaceholder0 に に d 'arte た. さ ら に, multi-layer coating method に よ っ て large diameter の き い を light reflector と し て horizon し た department で は, optical closed じ 込 め unseen fruit に よ っ て maximum 5.7% ま で を sharper rate upward さ せ る こ と が で き た. こ の way に base づ い て, セ ル を planar electrode で collector グ リ ッ ド を with い て inline に group み close わ せ た large の フ ィ ル ム solar cell の モ ジ ュ ー ル (15 x 15 cm) を attempt し た. Youdaoplaceholder0 ム ム pigment sensitizing battery と て initial めて である example of production である. 8 セ ル link type の モ ジ ュ ー ル で で は the sun under 5.5 V, the room lighting で も since 4.5 V above の power を must る こ と を 検 card し た. ま た performance の 発 see と し て, pigment rights are solar battery の 徴 と い わ れ る "company, astigmatism の high using rate of unseen の さ" が こ の プ ラ ス チ ッ ク モ ジ ュ ー ル を with い て か indeed め ら れ, shallow い incidence (incident Angle of 30 °) で は シ リ コ ン crystal solar cell の の for more than 2 times using the working rate で photocurrent output す を る こ と が Ming ら か と な っ た . Large-scale す る こ と に よ り collector low electrical が す る こ と か ら, now の モ ジ ュ ー ル performance は sharper rate 2% の レ ベ ル で あ る が, future は グ リ ッ ド の material と film-forming conditions improved を す る こ と に よ っ て photocurrent を high め working rate, high rate of unseen を 図 る.

项目成果

Takurou N.Murakami: "Water-based Dye-sensitized Solar Cells : Interfacial Activation of TiO2 Mesopores in Contact with Aqueous Electrolyte for Efficiency Development"Chemistry Letters. 32. 1154-1155 (2003)

Takurou N.Murakami：“水基染料敏化太阳能电池：与水电解质接触的 TiO2 介孔界面活化以提高效率”化学快报。

A solid-state dye-sensitized photovoltaic cell with a poly(N-vinyl-carbazole) hole transporter mediated by an alkali iodide.

• DOI: 10.1039/b416461j
• 发表时间: 2005-03
• 期刊: Chemical communications
• 影响因子: 4.9
• 作者: N. Ikeda;T. Miyasaka

Tsutomu Miyasaka: "Fabrication of dye-sensitized plastic film electrodes for flexible solar cells based on electrophoretic deposition techniques"Proceedings of SPIE. 5215. 219-225 (2004)

Tsutomu Miyasaka：“基于电泳沉积技术的柔性太阳能电池染料敏化塑料薄膜电极的制造”SPIE 论文集。

Tsutomu Miyasaka: "Low-temperature Fabrication of Dye-sensitized Plastic Film Electrodes Based on Electrophoretic Preparation of Mesoporous TiO_2 Layers"Journal of the Electrochemical Society. 151(印刷中). (2004)

Tsutomu Miyasaka：“基于介孔 TiO_2 层的电泳制备的染料敏化塑料薄膜电极的低温制造”，电化学学会杂志 151（出版中）。

光充電可能な積層型電気二重層キャパシタ

光充电叠层双电层电容器

• 发表时间: 2003