広帯域に強い吸収を有する新規色素を用いた高効率色素増感太陽電池の開発

色素増感太陽電池の高効率化には、広帯域に強い吸収を示す新規増感色素の開発が有効である。その吸収をいかすためには、電荷分離効率の向上も重要であるが、電荷分離効率は酸化チタン上での色素の吸着構造に影響を受けるという報告がある。本研究は、拡張した共役系をもつエチニル連結ポルフィリントライマーの吸収特性に着目して進めており、今年度は電荷分離効率の改善に向けて、酸化チタン上での色素の吸着構造について調べた。具体的には、酸化チタンに対するトライマーの吸着方向の違いが電荷分離に与える影響について調べるため、分子の長軸方向に吸着アンカーをもつトライマーと短軸方向にそれをもつトライマーの2種類について比較をした。合成したトライマーについて、溶液中での特性を調べると共に、酸化チタンへの吸着挙動を比較検討した。さらに、色素増感太陽電池を作製し、その特性の色素吸着条件依存性、共吸着剤添加効果について調べることで、トライマーの吸着方向の影響を考察した。酸化チタンに対するトライマーの吸着特性は、色素溶液への酸化チタン電極の浸漬時間による吸収増加のしかたが異なり、吸着形態に差が生じていることが示唆された。太陽電池特性についても、長軸吸着のトライマーの外部量子効率は、短軸吸着のトライマーに比べて高い値を示した。分子軌道計算の結果、励起状態における吸着アンカーが結合している炭素の電子密度分布や、電子注入後の酸化状態における電荷分布などに違いがあることが示され、電子注入過程や電荷再結合過程に差が生じていることが示唆された。これらの検討の中で、長軸吸着のトライマーを用いたDSSCの外部量子効率は、近赤外光領域である840nmにおいて47%に達し、既報のポルフィリン系増感色素の中で最高値となった。このように性能面でもエチニル連結ポルフィリントライマーの発展可能性を示すことができた。

色素増感太陽電池の高効率化には、広帯域に強い吸収を示す新規増感色素の開発が有効である。その吸収をいかすためには、電荷分離効率の向上も重要であるが、電荷分離効率は酸化チタン上での色素の吸着構造に影響を受けるという報告がある。本研究は、拡張した共役系をもつエチニル連結ポルフィリントライマーの吸収特性に着目して進めており、今年度は電荷分離効率の改善に向けて、酸化チタン上での色素の吸着構造について調べた。具体的には、酸化チタンに対するトライマーの吸着方向の違いが電荷分離に与える影響について調べるため、分子の長軸方向に吸着アンカーをもつトライマーと短軸方向にそれをもつトライマーの2種類について比較をした。合成したトライマーについて、溶液中での特性を調べると共に、酸化チタンへの吸着挙動を比較検討した。さらに、色素増感太陽電池を作製し、その特性の色素吸着条件依存性、共吸着剤添加効果について調べることで、トライマーの吸着方向の影響を考察した。酸化チタンに対するトライマーの吸着特性は、色素溶液への酸化チタン電極の浸漬時間による吸収増加のしかたが異なり、吸着形態に差が生じていることが示唆された。太陽電池特性についても、長軸吸着のトライマーの外部量子効率は、短軸吸着のトライマーに比べて高い値を示した。分子軌道計算の結果、励起状態における吸着アンカーが結合している炭素の電子密度分布や、電子注入後の酸化状態における電荷分布などに違いがあることが示され、電子注入過程や電荷再結合過程に差が生じていることが示唆された。これらの検討の中で、長軸吸着のトライマーを用いたDSSCの外部量子効率は、近赤外光領域である840nmにおいて47%に達し、既報のポルフィリン系増感色素の中で最高値となった。このように性能面でもエチニル連結ポルフィリントライマーの発展可能性を示すことができた。