成果報告書詳細
管理番号20110000001057
タイトル平成22年度成果報告書 最先端研究開発支援プログラム/低炭素社会に資する有機系太陽電池の開発/サブテーマ1・3・5・9・11(加速)
公開日2011/7/28
報告書年度2010 - 2010
委託先名国立大学法人東京大学
プロジェクト番号P09026
部署名新エネルギー部
和文要約本プロジェクトは、次世代低コスト太陽電池の本命である有機系太陽電池を、産官学のオールジャパン体制で開発し、太陽光発電の導入加速と世界市場獲得を目指して実施している。この研究開発を加速・強化するため投入された最先端研究開発戦略的強化費補助金を用い、東京大学ではサブテーマ1「有機系太陽電池の実用化に向け、新概念、新素材、新構造に関わる基盤研究」について装置の導入などを進めた。開発項目1-1「高耐久性有機系太陽電池の開発」では、色素増感太陽電池において高い光電変換効率を維持しつつ電解質を固体化する技術の開発を目指し、ナノクレイを用いた電解質の固体化および有機無機ハイブリッド太陽電池の開発を行う研究の加速・強化を行った。具体的には、色素増感太陽電池の酸化チタン電極作成を効率的に行うためにスクリーン印刷機および超小型電気炉を導入し、自動化された印刷プロセスにより大量の電極を作成した。超臨界流体システムの導入により、酸化チタン電極への難溶性電解質の充填を可能とし、固体化された電解液を評価した。さらに、イオンスパッタ装置、集束イオンビーム加工観察装置を導入し、TEM/SEM観察の効率を上げ、電極用酸化チタンの最適多孔度の設計指針を把握することで、本項目の研究開発を加速した。開発項目1-2「有機系太陽電池の光エネルギー変換効率向上:新規長波長吸収色素開発」では、有機系太陽電池の光エネルギー変換効率向上を目的として進めている、長波長光が利用可能な近赤外吸収色素の開発の加速・強化を行った。具体的には、擬似太陽光を用いて変換効率等の特性評価を行う太陽電池性能評価装置、波長ごとの量子効率の評価を行う分光感度測定装置、色素の光吸収特性の評価を行う紫外可視近赤外分光光度計、色素の酸化還元電位の評価を行う電気化学測定装置を導入し、近赤外吸収色素の開発スピードを加速した。また、導入した太陽電池用角度可変型温調ステージにより、実環境下での光電変換効率評価に向けた検討が可能となった。さらに、近赤外時間分解蛍光測定装置の導入で、太陽電池を作成しなくても光化学挙動を評価できるようにした。開発項目1-3「蓄電可能な太陽電池の開発」、開発項目1-4「有機系太陽電池の国際標準化」でも研究の加速・強化を行った。具体的には、太陽電池性能評価装置を導入し、試作品の光電変換効率などの基本特性を評価した。また、電気化学測定装置の導入で、電荷蓄積電極、イオン交換膜、電解質などの構成材料の最適化や、電極形状や配置など太陽電池構成の最適化を図った。UVオゾン洗浄改質装置を導入し、電極の改良を行い、本項目の研究開発を加速した。
英文要約In the FIRST project "Development of Organic Photovoltaics toward a Low-Carbon Society: Pioneering Next Generation Solar Cell Technologies and Industries via Multi-manufacturer Cooperation", development of organic photovoltaics is performed on the basis of the all-Japan regime to accelerate the popularization of photovoltaics and to acquire a worldwide market. By the aid of the FIRST Acceleration Program, facilities have been installed to accelerate those researches and developments, in the case of the University of Tokyo, on the sub-theme 1: the fundamental research about new concepts, new materials, and new structures for practical organic photovoltaics. Item 1-1 is the development of highly-durable organic photovoltaics. In order to improve the durability of dye-sensitized solar cells (DSSCs), the electrolyte with nano-clay powder was examined to afford successfully high performance DSSCs. In order to develop organic-inorganic hybrid solar cells, novel polythiophene derivatives have been synthesized and found to cover TiO2 surface, resulting to afford efficient polymer-sensitized solar cells. These researches have been accelerated by the installation of an automated screen printing machine, electric furnaces, a UV-ozone cleansing machine, a supercritical fluid treatment system, an ion-sputter, and a focused ion beam treatment system. Item 1-2 is the improvement of photoelectric conversion efficiency of organic photovoltaics: development of novel organic dyes with photo-absorption at long wavelengths. In order to accelerate these researches, a solar simulator, a spectral sensitivity evaluation system, a UV-vis-NIR spectrophotometer, an electrochemical analyzer, an angle-variable temperature-controlled stage for solar cells, and a time-resolved NIR fluorescence spectroscopy system have been installed. For long-wavelength sensitizers, ethynyl-linked porphyrin dimers and trimers, donor-acceptor-type porphyrins, and ring-fused porphyrin dimers have been examined. Novel Ru complex dyes, such as Ru complexes with iminopyridine ligands, terpyridine-Ru complexes with a phosphine derivative ligand, have also been investigated, and Jsc (26.8 mA/cm2) with the highest value among organic photovoltaics was achieved. Item 1-3: the development of rechargeable solar cells, and item 1-4: the establishment of international standard for organic photovoltaics has been also accelerated.
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