高効率ホール輸送層を備えた有機―無機ハイブリッド太陽電池の開発

开发具有高效空穴传输层的有机-无机杂化太阳能电池

• 批准号: 12F02379
• 负责人: 宮内 雅浩
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012-04-01 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12F02379/
• 关键词: PEDOT; 量子ドット; 酸化チタン; 太陽電池; 光触媒; 人工光合成; 多孔質; 電極; PDOT; CdS; CdSe; 有機・無機ハイブリッド; ホール輸送層

本研究ではデバイス構造として、透明導電膜の上に多孔質TiO2層があり、TiO2表面に硫化物量子ドットが担持され、更に量子ドットの表面にホール輸送相となるPEDOTをコートした電極を考案し、高耐久で優れた光電変換素子と水分解光触媒を開発した。量子ドットの合成は、Successive Ionic Layred Absorption and Reaction (SILAR）法を用い、CdSないしCdSe量子ドットを多孔質酸化チタンの表面に担持した。SILAR法の回数によって量子ドットのサイズを制御することができ、それらの光学的バンドギャップが粒子サイズに依存する量子効果が確認できた。最も高い光電流特性を示した量子ドットのバンドギャップは、CdSが2.4 eV, CdSeが1.7 eVを示し、バルクのバンドギャップよりも若干大きな値を示した。また、量子ドットのコートの順序はTiO2上にCdSを担持し、さらにその上にCdSeをコートしたサンプルが高い光電変換特性を示した。CdSよりもCdSeの方が伝導帯の電位が高いため、TiO2/CdS/CdSeの順に積むことでTiO2への電子注入がスムーズに進行したものと考えられる。一方、PEDOTは電気化学パルス法によって成膜したが、パルス回数によってPEDOTの厚さを制御することができた。光電流に対する最適なPEDOTの厚さが存在し、パルス回数が6回、すなわち、PEDOTの厚さが5nm程度のサンプルが高い光電変換特性を示した。これらの電極を犠牲剤が含まれる電解液内で、かつ、無バイアス条件下で可視光を照射し、水素生成特性を評価した。この結果、優れた水分解特性が得られ、水素生成速度は光照射の単位面積あたり370 (umol/cm2/hour)、量子効率は6.9 %と量子ドット系では世界最高レベルに近い値を示した。また、PEDOTのコートによって耐久性が劇的に改善され、触媒量に対する水素生成量、すなわち、ターンオーバー数も2210を超え、優れた長期的安定性が確認できた。

This study で は デ バ イ ス tectonic と し て, transparent conductive film on の に porous TiO2 layer が あ り, TiO2 surface に sulfide quantum ド ッ ト が bear hold さ れ, quantum ド more に ッ ト の surface に ホ ー ル transmission phase と な る PEDOT を コ ー ト し た electrode を し, high durability test case で optimal れ た photoelectric - switch element child と water decomposition light-accelerant を 発 し た. Quantum ドット ドット synthesis, Successive Ionic Layred Absorption and Reaction (SILAR) method を for <s:1>, CdSな <s:1> に CdSe quantum ドットを porous acidification チタ <s:1> <s:1> に surface に support た. SILAR method の back several に よ っ て quantum ド ッ ト の サ イ ズ を suppression す る こ と が で き, そ れ ら の optical バ ン ド ギ ャ ッ プ が particle サ イ ズ に dependent す る quantum unseen fruit が confirm で き た. The high も い photocurrent features を shown し た quantum ド ッ ト の バ ン ド ギ ャ ッ プ は, CdS が 2.4 eV, CdSe が 1.7 eV を し, バ ル ク の バ ン ド ギ ャ ッ プ よ り も several big き な numerical を shown し た. ま た, quantum ド ッ ト の コ ー ト の order は に on TiO2 CdS を bear hold し, さ ら に そ の on に CdSe を コ ー ト し た サ ン プ ル が high い variations in photoelectric properties を shown し た. CdS よ り も CdSe の party が 伝 guide 帯 の potential high が い た め, TiO2 / CdS/CdSe の shun に product む こ と で TiO2 へ の electronic injection が ス ム ー ズ に for し た も の と exam え ら れ る. One party, PEDOT は electric chemical パ 気 ル ス method に よ っ て film-forming し た が, パ ル ス back several に よ っ て PEDOT の thick さ を suppression す る こ と が で き た. Photocurrent に す seaborne る optimum な PEDOT の thick さ が し, パ ル ス several が 6 back to back, す な わ ち, PEDOT の thick さ が degree of 5 nm の サ ン プ ル が high い variations in photoelectric properties を shown し た. こ れ ら の electrode を bloods が contain ま れ る で in electrolyte, か つ, no バ イ ア ス で under the condition of visible light し を exposure, water production features を review 価 し た. こ の results, optimum れ た water decomposition characteristics が ら れ, water production rate は light の 単 an area あ た り 370 (umol/cm2 / hour), quantum は sharper rate 6.9% と ド ッ ト department で は the world's highest レ ベ ル に nearly い numerical を shown し た. ま た, PEDOT の コ ー ト に よ っ て in durability が に improve さ れ, catalyst quantity に す seaborne る water element generation, す な わ ち, タ ー ン オ ー バ ー も 2210 を super え, superior れ た long-term stability が confirm で き た.

项目成果

Stable quantum dots/PEDOT hybrid artificial leaf for hydrogen production under visible light illumination

用于可见光照明下制氢的稳定量子点/PEDOT混合人造叶

• 发表时间: 2014
• 作者: S. Nagarajan;M. Miyauchi
• 通讯作者: M. Miyauchi

PEDOT Protected Quantum dots: a Newly Designed Artificial Leaf for Visible Light Driven Hydrogen Production

PEDOT 受保护的量子点：用于可见光驱动制氢的新设计人造叶

• 发表时间: 2014
• 作者: Nagarajan Srinivasan;Daiki Atarashi;Etsuo Sakai;Masahiro Miyauchi
• 通讯作者: Masahiro Miyauchi

PEDOT pretected metal chalcogenides for hydrogen production under visible light irradiation

PEDOT保护的金属硫属化物用于可见光照射下制氢

• 发表时间: 2014
• 作者: Nagarajan Srinivasan;Daiki Atarashi;Etsuo Sakai;Masahiro Miyauchi
• 通讯作者: Masahiro Miyauchi

Photocatalytic CaFe2O4/BiVO4 hetrojunction electrode for over all water splitting under visible light irradiation

可见光照射下全水分解的光催化CaFe2O4/BiVO4异质结电极

• 发表时间: 2014
• 作者: Nagarajan Srinivasan;Daiki Atarashi;Etsuo Sakai;Masahiro Miyauchi
• 通讯作者: Masahiro Miyauchi

Photocatalytic Carbon Dioxide Reduction by Copper Oxide Nanocluster-Grafted Niobate Nanosheets

• DOI: 10.1021/nn507429e
• 发表时间: 2015-02-01
• 期刊: ACS NANO
• 影响因子: 17.1
• 作者: Yin, Ge;Nishikawa, Masami;Miyauchi, Masahiro
• 通讯作者: Miyauchi, Masahiro