TiとZrの酸化物からなるナノ構造体を用いた新規な色素増感型太陽電池の開発

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昨年度までに、電解液や印加電圧の制御により分岐型チタニアナノチューブの形成に成功したが、今回、その分岐メカニズムを詳細に調査・考察し、作製条件にフィードバックしたことで、分岐型酸化チタンナノチューブの構造を精密に制御することが可能となった。得られた分岐型チタニアナノチューブの光学特性、特に光の反射・吸収特性を調査したが、この点に関しては分岐構造と光学特性の相関は特になかった。構造の異なる分岐型チタニアナノチューブ、または無分岐型チタニアナノチューブを用いて色素増感太陽電池を作製し、分岐構造による電池性能への影響を調査した。光電変換効率に大きく寄与するとされる、色素吸着量が分岐構造の導入によって増大することを期待したが、特に増大は見られなかった。しかし、光電変換効率が大きく向上したため、分岐構造のあり・なしで電気抵抗率を測定したところ、分岐構造の導入による電気抵抗率の大幅な減少が確認された。この抵抗の減少は、電子伝導の経路が増えたことに起因すると考えているが、それだけではなく、分岐構造の導入処理によりナノチューブ内に格子欠陥が生成し、電子伝導に寄与しているのではないかという結論が得られた。一方で、Comsol社のMultiphysicsソフトウェア(有限要素法解析ソフト)を用いて、陽極酸化によるチタニアナノチューブの形成・成長メカニズムの解析を実施した。その結果、陽極酸化のための電圧印加時の酸素の流れをシミュレートすることができ、その酸素の流れが形成するナノチューブの構造を決定付けると予想された。これは、すでに研究されてるアルミナナノチューブの形成メカニズムとよく似ており、他の金属元素においても同様の解釈が可能なことが示唆された。