成果報告書詳細
管理番号20110000000796
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 高効率・高耐久性色素増感太陽電池モジュールの研究開発(高効率・高耐久性色素増感太陽電池の基盤的研究)
公開日2011/9/28
報告書年度2010 - 2010
委託先名学校法人東京理科大学
プロジェクト番号P07015
部署名新エネルギー部
和文要約 色素増感太陽電池は、シリコン材料を使用しない太陽電池であり、高真空プロセスを必要とせず、スクリーン印刷により製造可能な為、大幅な低コスト化が期待される太陽電池である。本事業では、PV2030+に掲げられた2020年における太陽光発電による発電コスト目標14円/kWhを、色素増感太陽電池を用いた発電システムにおいて達成する為に、屋外利用可能かつ高効率な色素増感太陽電池モジュールの技術開発を行う。当事業では高効率・高耐久性色素増感太陽電池の基盤的研究をおこなう。
(1) 1cm 角程度セルおよび10cm 角サブモジュールの高効率化技術の研究開発
Voc の向上については、TiO2 よりも高い伝導帯を持つ各種金属酸化物等を用いたTiO2光電極の表面修飾によるVoc の変化について検討を行った。Jsc を低下させることなくVoc を向上させる金属酸化物を見出し、変換効率を向上させることに成功した。
(2) 10cm 角サブモジュールの耐久性向上の研究開発
N719を用いたDSCでは光照射試験(A-5試験)、温度サイクル試験(A-1試験)、温湿度サイクル試験(A-2試験)をクリアしているが、耐熱性試験(B-1)試験は未達成であった。その原因はセル作製時に混入する微量の水分が高温下で色素脱離を起こすと考えられた。ドライルームやグローブボックス中でセルを試作し熱耐久性試験をおこなった。その結果、大気下作製DSCでは、600時間経過後に20%の効率低下がみられたのに対し、クリーンルーム内作製DSC とグローブボックス中作製DSCの低下率はそれぞれ5%、0%であった。セル作製環境の湿度制御を行うことにより、熱耐久性を向上させることに成功した。また、大気下でのセル作製においても、疎水鎖を有する共吸着剤を添加することにより色素の脱離を抑制でき、DSC の熱耐久性が向上する事を明らかにした。
(3)低コストサブモジュール作製のための基礎材料の研究開発
これまで用いてきた平プレス法とロールプレス法でのDSC 性能の差異について検討し、TiO2 光電極の作製条件の最適化を行った。その結果、ロールプレス法を用いた場合でも、平プレス法で作製したDSC と同程度の性能が得られた。
英文要約Title: Research and development in highly efficient and durable DSC modules
Sub-title: Fundamental study on highly efficient and durable DSC
FY2010 Annual report, Tokyo University of Science
The object of this R&D is both the preparation of the highly efficient modules of dye-sensitized solar cells (DSCs), regarded as one of the potential candidate for the next-generation solar cells, and the improvement of the long-term stability of DSCs for the actual application.
(1) Studies on the improvement of the conversion efficiency of both 1cm-by-1cm DSC mini-cell and 10cm-by-10cm DSC sub-module.
In order to improve the Voc value, the surface modification of TiO2 photoelectrode by various kinds of the metal oxides possessing the higher energy conduction band than that of TiO2 has been carried out. Although Voc values were increased in almost all cases, drastic decrease of Jsc values was also observed. As a result, the conversion efficiencies of DSCs were decreased. However, finally, we have found the metal oxide that can improve the Voc value without decreasing the Jsc value. After the optimization of the surface modification, 10.75% conversion efficiency, which was close to the mid-term efficiency, 1%, was achieved for the 0.5cm-by-0.5cm DSC with Black dye (Jsc = 20.43 mA/cm2, Voc = 0.727 V, FF = 0.724).
(2) Studies on the improvement of the long-term stability of of 10cm-by-10cm DSC sub-module.
Some reasons for the degradation of DSC during the aging tests have been pointed out as follows, destruction of the sealing of DSC, corrosion of the protecting layer of current collecting Ag grid, and desorption of dye. The residual conversion efficiency of the 1cm-by-1cm DSC with Black dye after the A-1 test was improved from 60% to 73% by modified both the sealing and protecting methods. In addition, the residual conversion efficiency of this Black dye based DSC was dramatically increased from 0% to 75% after the B-1 test by the change of electrolyte components. Since the Jsc value was gradually decreased during these two aging tests, small amounts of dye desorption was considered as a major reason for the degradation of conversion efficiency. It is considered that existence of small amount of water inside of the DSC promotes dye desorption from TiO2 photoelectrode. Therefore, DSCs were prepared under the condition where the moisture was removed, and the long-term stabilities of these DSCs were evaluated. Almost no degradation of the conversion efficiency was observed for the DSC with N719 prepared under the moisture controlled atmosphere after the 600 h at 85 °C, while 20% degradation was observed for the DSC prepared under air. Gradual decrease of the Jsc value was not observed during the aging test, dye desorption was suppressed by removing the small amount of water inside of the DSC, resulted in a good stability at heat stability test, B-1 test.
(3) Investigation of the materials for the low-cost fabrication of DSCs.
The roll-press method for the preparation of TiO2 photoelectrode was employed in order to achieve the low-cost fabrication of DSCs. The DSCs were successfully prepared by using roll-press method that exhibited almost the same conversion efficiency to that of DSC prepared by the standard press method.
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