成果報告書詳細
管理番号20110000000786
タイトル*平成22年度中間年報 太陽エネルギー技術研究開発 太陽光発電システム次世代高性能技術の開発 フィルム型軽量低価格色素増感太陽電池の研究開発(高性能色素及び電極の研究開発とセル性能総合評価)
公開日2011/9/28
報告書年度2010 - 2010
委託先名国立大学法人岐阜大学
プロジェクト番号P07015
部署名新エネルギー部
和文要約 プラスチックの耐熱温度以下で強固に密着した高性能多孔質酸化物光電極を形成する製膜技術とこれに適合した色素、電解液、対極触媒等の高性能部材開発により、設置形態の自由度が高い軽量低価格なフィルム型色素増感太陽電池の高性能化を推進する。また、将来的な圧倒的低価格化を約束するためにはRoll to Rollプロセスによる高スループット製造技術によってこれらを達成することが必要であり、全ての製造工程のRoll to Roll処理を実現するための技術開発を推進する。等事業では高性能色素及び電極の研究開発とセル性能総合評価をおこなう。
 セル及びモジュールの作製プロセスについては、装置の導入と試作の開始までを完了した。今後性能を各プロセスの条件だしを進めると共に最大限向上させるための再設計、検討をする。酸化亜鉛ナノ構造制御技術については、FIBによるロッド状試料加工のための設備を立ち上げた。今後加工法、観察法、データ解析法を検討して、構造の作り分けを精密に評価出来る状況を整える。これらは早期にグンゼにおいて作製された試料についても検討を実施し、評価を進める。新規色素開発では、改良型ダブルアンカー色素について、変換効率の点でD149に遜色無い一方で、吸着安定性の向上に加えてコール酸を不要とすることが分かり、酸化亜鉛を光電極に用いる色素増感電池にとって実用性の高い色素となることが分かった。今後変換効率最大化のためのチューニングと耐久性の検証を進める。この他、ナローギャップ化に向けた新規色素やアンテナ系色素集合体の合成は完了しており、太陽電池用の性能評価を進める。高効率化チューニングについては、酸化亜鉛ナノ構造の微細化が有効と分かったが、特に嵩高い色素やイオン液体等を用いた場合にホール輸送を制限することが危惧されるため、システム全体での検証を進める。
英文要約The aim of this project is to industrialize low cost and light weight film-type dye-sensitized solar cells (DSSCs). The tasks of Gifu University (GU) group are to develop new materials, process technology and evaluation techniques for improving the efficiency and stability of the devices, and feed them back to Gunze Limited that is in charge of commercialization of the new solar cells. More specifically, the tasks of GU group are,1)Process development for standard cells and modules 2)Control of nano- and energy-structures of ZnO electrode 3)Development of new photosensitizers for high efficiency and stability 4)Elucidation of bottle-neck factors and system optimization for high efficiency (1)It is important to facilitate fabrication of cells and modules for standardize the platform for evaluation of the new materials. Laboratory-scale mass production of devices with high efficiency in high reproducibility is the goal. Facilities for processing ca. 10 cm square module were introduced such as electrodeposition system for large substrate, screen printer and vacuum sealing machine. It has become possible to fabricate cells and modules with well-regulated structure without holes for filling electrolyte solution. (2)In order to achieve fine control of the nanostructure, it is highly important to grasp the three-dimensional nanostructure. 3D-TEM is an effective solution. However, tilting angle was limited with thin cut specimen processed by standard FIB, resulting in imperfect images. Modification of FIB system for processing samples in a rod-shape has been carried out for full ±90~ observation and software for quantitative analysis of the ZnO nanostructure has been introduced. (3)New indoline dye having an auxiliary anchor in the rhodanine moiety has been found to achieve as high efficiency as D149, while achieving much higher stability of adsorption. Langmuir adsorption isotherm measured for these dyes has revealed stability constants two orders higher than that of D149. Especially those with long methylene chain inbetween rhodanine and the anchor (DN216, DN291) achieved higher voltages due to repulsion of I3- ions. Also, it was not necessary to add surfactants such as cholic acid to suppress aggregation of these new double-anchor dye, making them practically useful for commercial solar cells. Optimization of the system for maximizing the efficiency and stability tests are to be performed. (4)By increasing the concentration of SDA (eosin Y) in the deposition bath, nanowire porous structure of ZnO can be made smaller in the same figure and without deteriorating the crystallinity. When these electrodes were used employing carboxy-eosin Y strongly adsorbing as a monolayer, clear improvement of FF was observed as the nanowire diameter became small, and without changing current and voltage too much. Impedance analysis revealed that abruptly suppressed recombination on decrease of the electron concentration was the reason for this behavior.
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