親水性光電荷分離ゲルによる水系色素増感太陽電池の創製

使用亲水性光电荷分离凝胶创建水基染料敏化太阳能电池

• 批准号: 24750113
• 负责人: 佐野 直樹
• 金额: $ 2.16万
• 依托单位: Waseda University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012-04-01 至 2013-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-24750113/
• 关键词: 色素増感太陽電池; 水系電解液; ビオロゲン; 有機色素; 電解重合; 水溶性メディエータ; ゲル内電子移動

本研究は「親水性光電荷分離ゲルによる水系色素増感太陽電池の創製」と題し、高い電子輸送性・保持性を持つn型高分子ゲルが、TiO2に代わる画期的な新材料に成り得るとの着想のもと、高変換効率かつ環境適合した斬新な水系色素増感太陽電池の開発を目的とした。以下の4つフェーズで研究を進め、ゲル層中における電荷分離・電子輸送性を明らかにした。①高い電荷分離能および長い電子寿命を持つ新規nゲルの開発：有機n型分子であるビオロゲンおよび色素分子のポルフィリン、インドリンを用いて、計算化学的手法に加え、光学的手法として蛍光消光実験や蛍光寿命測定により評価した。また、ビオロゲンにおいて電解重合可能な多分岐型ポリビオロゲンを新規に合成、ゲル内における電子移動に関するパラメータを取り纏めることで体系化した。②共有結合で結合したn型分子/色素連結分子の合成とゲル化：色素とn型分子が連結した系で遷移確率の高いインドリン系色素/ビオロゲンの連結分子を、電解重合法を用いて初めて合成した。電子移動速度定数は非連結系に比べ10倍以上大きくなり10^10オーダーとなった。これまで合成したD131誘導体に加え、より長波長に吸収を有するD205誘導体を合成し、両者を電解共重合することで吸収帯を拡げることを可能にした。③反応速度定数の高い水溶性メディエータの探索および最適化：多分岐型ポリビオロゲンやインドリン系色素/ビオロゲンの連結分子を用い、親水性メディエータを含んだ電解水溶液を媒体とするセルを作成し、光電変換特性を評価した。また、Poly(TEMPO)において900 mVの高い開放電圧を示す結果となった。④反応場の増大に向けた多孔質透明電極の作製：透明酸化物の針状粉末を用いて焼結により集電体上に膜厚1μmの導電被膜をクラック少なく作成した。本電極を用いることで短絡電流が平板電極に比べ30倍程度に大きくなった。

This research aims at "the development of aqueous dye-sensitized solar cells with hydrophilic photocharge separation," high electron transport and retention, high conversion efficiency, and environmental suitability for the development of novel aqueous dye-sensitized solar cells. The following four topics are discussed in detail: charge separation and electron transport in the layer. (1) High charge separation energy and long electron lifetime should be developed: organic n-type molecules, pigment molecules and pigment molecules should be used, computational chemistry methods should be added, optical methods should be added, and light extinction and light lifetime measurement should be evaluated. Electrolytic recombination may be multi-branched, multi-branched (2) Synthesis of n-type molecules/pigment linkage molecules by common binding: pigment and n-type molecules are linked to each other, mobility is high, pigment and pigment linkage molecules are linked to each other, and electrolytic recombination method is used. The electronic movement speed is fixed by 10 times or more than that of the non-link system. D131 inducer is synthesized and absorbed at long wavelengths. (3) Determination of reaction speed, high water solubility, exploration and optimization: multi-branched polymer, pigment/polymer link molecule, hydrophilic polymer, electrolytic aqueous solution, medium, photoelectric conversion characteristics. The results are shown below for Poly(TEMPO) and High Voltage Discharge (HON) of 900 mV. (4) Preparation of porous transparent electrode with increasing reverse field: Acicular powder of hyaluronic acid was sintered and conductive film with film thickness of 1μm was prepared on current collector. This electrode has a short contact current that is 30 times larger than that of a flat electrode.

项目成果

Electro-Polymerized Polyviologen: an Organic Rechargeable and Photovoltaic Device Composed of Polymer Electrodes and Aqueous Electrolyte

电聚合聚紫罗碱：由聚合物电极和水电解质组成的有机可充电光伏器件

• 发表时间: 2012
• 作者: N. Sano;W. Tomita;S. Hara;C. -H. Min;J. -S. Lee;K. Oyaizu;H. Nishide;Claudio Toncelli;Naoki Sano
• 通讯作者: Naoki Sano

電解重合性ポリビオロゲンの電荷貯蔵と光電荷分離

电聚合聚紫罗碱的电荷存储和光电荷分离

• 发表时间: 2012
• 作者: N. Sano;W. Tomita;S. Hara;C. -H. Min;J. -S. Lee;K. Oyaizu;H. Nishide;Claudio Toncelli;Naoki Sano;佐野直樹
• 通讯作者: 佐野直樹

New Viologen-Indoline Dye Polymer Electroimmobilized on Current Collectors for an Organic-Based Photovoltaic Cell

新型紫罗碱-二氢吲哚染料聚合物电固定在有机光伏电池的集电器上

• 发表时间: 2012
• 作者: N. Sano;W. Tomita;S. Hara;C. -H. Min;J. -S. Lee;K. Oyaizu;H. Nishide;Claudio Toncelli;Naoki Sano;佐野直樹;Naoki Sano
• 通讯作者: Naoki Sano