成果報告書詳細
管理番号20120000000364
タイトル*平成23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(低温成膜印刷材料を用いるフィルム型色素増感太陽電池の開発)
公開日2012/6/21
報告書年度2011 - 2011
委託先名学校法人桐蔭学園桐蔭横浜大学
プロジェクト番号P07015
部署名新エネルギー部
和文要約和文要約等以下本編抜粋
1.印刷法による酸化チタン半導体フィルム光電極の作製
・変換効率は下塗りバッファー層の最適化等によって薄膜で6.2%に達した。
・バインダーとしてポリエチレングリコール(PEG)を2.5?5.0wt%添加することでスクリーンへの保持性の良いスクリーン印刷用TiO2ペーストを作製した
・ITOフィルム電極の耐変形強度を向上させた。ITO膜の化学表面処理によってITO膜の機械強度(ヤング率)を強化する技術を見出した。
・太陽電池特性(電圧・効率)の温度依存性を極めて小さくできるヨウ素フリー電解液を開発した。またこれを用いて高温高湿環境の耐久寿命を改善した。
2.印刷法による高性能フィルム対極の作製
・塗布で作る対極としてNiO複合カーボン電極(膜厚4μm)が対極触媒材料として白金の94%の性能を発揮することを見出した。現在は、高温処理が必要なためにフィルム電極への応用には耐熱性フィルムを必要とする。
3.酸化チタン型フィルムモジュールの製作
・両面発電型フィルム(6セル直列,効率4%、14 x 5.5 cm×厚さ0.5mm、重量10g)を集積した大面積フィルムモジュール(>1m2)を製作した。1sunから低照度1/200 sunまでの光量変動に対して電圧12V以上を安定に出力し蓄電池を充電するオフグリッド型システムを製作した。
・この本体をビルの窓(南向き180度開口)に設置し、Si結晶太陽電池との発電量比較をおこなう実証実験を開始した。
英文要約High Performance PV Generation System for the Future. R & D on Film-type Lightweight Low cost Dye-sensitized Solar Cells. (R & D of Film-type Dye-sensitized Solar Cells by Use of Low-temperature Coating and Printable Materials) (FY2011) Annual Report
The purpose of the R&D is to develop low-cost, film-type, dye-sensitized solar cell (DSSC) of high photovoltaic performance by using printable materials that form electrochemically active layers at low temperatures on flexible plastic film substrates.
(1) Fabrication of TiO2 film photoelectrodes by low-temperature printing method.
 Mesoscopic TiO2 paste for low temperature coating on an ITO-plastic film substrate has been improved so that the TiO2 layer has strong adhesion with the underlying ITO surface. A low viscosity TiO2 aqueous suspension was prepared for use in a spray coating method. The suspension contains an inorganic acid to have pH lower than 4. On spray coating and drying, a thin mesoporous TiO2 layer was formed with strong chemical connection with ITO. Analysis of the ITO surface revealed that coating of the newly developed coating paste tends to increase the Young’s modulus strength of the ITO layer against mechanical deformation. Repeated spray coating enabled multilayer formation with relatively thick TiO2 layer up to 10 um. A TiO2 ITO-PEN plastic film electrode yielded 3 to 6% conversion efficiency, depending on thickness from 3 to 10 um by sensitization with N719 dye. Use of organic dyes with high extinction coefficients (>50,000) such as indoline family of D205 achieved more than 5% efficiency with a thinner TiO2 layer of 3.5 um. Further improvement for the ITO-TiO2 interface was examined by coating the ITO surface with a thin non-porous titanium oxide film (thickness around 10 nm) as a blocking buffer layer; the layer was prepared by coating an organic solution of TiOx oligomer followed by heat treatment and drying. This treatment tended to increase the photovoltaic performance of DSSC and further improved the adhesion of mosoporous TiO2 layer. As a result durability of the plastic cell was improved to give a lifetime of more than 300 h under exposure of the cell to 60 oC and 80% humidity. For durability improvement, new composition of electrolyte solution was developed by minimizing the content of iodine in non-volatile organic solution. The electrolyte is characterized as an iodine-free colorless electrolyte. Use of this electrolyte contributes to minimize the temperature dependence of the photovoltaic output of the plastic DSSC, providing a cell which is almost constant in output voltage and efficiency in a temperature range of 10-80C.
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