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。

在这项研究中，作为设备结构，将多孔TiO2层放置在透明的导电膜上，并在TiO2的表面支撑硫化物量子点，并开发了带有PEDOT的电极，即开发了一个孔传输阶段，并开发了高度耐用且出色的光电转换元件和水分分泌元件和水分分泌光电剂。使用连续的离子铺设吸收和反应方法合成量子点，并在氧化多孔钛表面支持CDS或CDSE量子点。量子点的尺寸可以通过气体方法的数量来控制，并且可以确定其光带镜头依赖粒径的量子效应。 CDS的最高光电流特性的量子点的带隙为2.4 eV，CDSE为1.7 eV，该量子比散装带隙略大。此外，量子点的涂层顺序是CD在TiO2上携带，并在其上涂有CDSE，并且涂有其上涂层的样品表现出高光电转换特性。由于CDSE比CD具有更高的传导带的电势，因此人们认为通过将TiO2堆叠在TIO2/CDS/CDSE的顺序中，将电子注射到TIO2中。另一方面，PEDOT是通过电化学脉冲方法形成的，PEDOT的厚度可以由脉冲数控制。光电流有最佳的PEDOT厚度，带有六个脉冲的样品，即约5 nm的PEDOT厚度表现出高光电转换特性。这些电极在含有牺牲剂的电解质中被可见光照射，在没有偏置条件下以评估氢生产特征。结果，获得了出色的水分解特性，氢生产速率为每单位光照射（UMOL/CM2/小时），量子效率为6.9％，这接近量子点系统的世界最高水平。此外，PEDOT涂层显着提高了耐久性，而氢的产量相对于催化剂量，即失误数量超过2210，表明长期的稳定性出色。

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 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

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