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。

In this study, the structure of the porous TiO2 layer on the transparent conductive film was studied, and the sulfide quantum electrode on the TiO2 surface was supported. The surface of the TiO2 quantum electrode was transported. The PEDOT electrode was tested, and the photocatalyst for water decomposition was developed. Quantum synthesis, Successive Ionic Layed Absorption and Reaction (SILAR) method is used for CdS, CdSe quantum synthesis and porous surface support. SILAR's quantum effect is confirmed by the number of loops in the quantum domain and the number of particles in the optical domain. The highest photocurrent characteristics are shown in the following figures: CdS = 2.4 eV, CdSe = 1.7 eV, CdS = 2.5 eV, CdSe = 1.5 eV, CdSe = 1.7 eV, CdSe = 1.7 The order of quantum chemistry is CdS on TiO2, CdSe on TiO2 and CdSe on TiO2. CdS/CdS/CdSe/TiO2/CdS/CdSe/CdS/CdSe/CdS/CdS/CdSe/CdS/CdS/ A PEDOT film is formed by the electrical chemistry method. The optimum thickness of PEDOT for photocurrent is 6 nm, and the optimum thickness of PEDOT is 5nm. The electrode composition contains visible light and water generation characteristics in the electrolyte. As a result, excellent water decomposition characteristics were obtained, water element production rate was 370 (umol/cm2/hour) per unit area irradiated by light, quantum efficiency was 6.9%, and quantum efficiency was the highest in the world. The durability of PEDOT is greatly improved, and the amount of water produced is increased.

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