成果報告書詳細
管理番号20140000000284
タイトル平成22年度-平成25年度成果報告書 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 (フィルム型モジュールの研究開発)
公開日2014/12/27
報告書年度2010 - 2013
委託先名グンゼ株式会社
プロジェクト番号P07015
部署名新エネルギー部
和文要約フィルム基板型で構成する色素増感太陽電池ではガラスに比べて基板の耐熱性が低いため、低温成膜を前提とした技術開発が必要となる。我々は半導体膜については成膜後の温水処理を行うことでフィルム基板と高い密着性が得られる酸化亜鉛型で検討を進めることにした。
まず、塗布方法や工程を検討した結果、スクリーン印刷法を中心とした簡易的で実用性の高い組立試作ラインを構築し、評価セルとモジュールに関して安定な製造条件を確立した。この方法は低価格化に向けた高生産型ロールツーロール製造にも十分対応できる製法である。
我々は、高効率化、信頼性の向上、モジュール化技術開発、実証試験による実用性の検証、主にこの4点について開発を進めた。
高効率化については吸収波長領域の拡大が効果的であると考え、増感色素の開発と2種の色素を効率良く活かすための吸着方法の検討を進めた。その結果、先に長波長光を吸収するシアニン系色素を酸化亜鉛膜に吸着し、その後、短波長光を吸収するダブルアンカー型インドリン色素を積層吸着させることで強色増感効果が発現することを見出し、14mA/cm2の高電流密度、変換効率5.8%を達成した。さらに、構成部材の最適化を進めることで、イオン液体電解液を用いた実用性の高いセル構成でも5%以上の変換効率を達成した。
信頼性向上についてはJIS規格C8938の環境試験を基準に取り組みを進めた。耐光性については、光電極基板にUVカット機能を付与することで大幅に向上できた。また、従来のPt触媒を用いた対極では85℃-85%の高温高湿条件下でセル内に残留する酸素や水分の影響で出力が低下することを確認し、ドーパントを必要としない新規PEDOT膜を対極の触媒層に用いることでPt対極と同等の変換効率を得ながら耐久性が大幅に向上することを見出した。これらの取り組みでサイクル試験をクリアし、60℃-90%環境下1000時間で性能劣化10%以下の耐久性能を達成した。
モジュールの実用化検証では、再委託先の積水化学工業においてモデル住宅を用いた実証試験を実施した。照度の異なる条件においてa-Si太陽電池と比較した結果、単セル評価基準である1sun(100mW/cm2)での変換効率では劣るものの、住宅窓に貼り付けた実証試験では同等以上の出力を発現し、我々が開発したフィルムDSCが実用性に優れていることが確認できた。
その後、改めてコンソーシアム全体の取り組みで酸化亜鉛膜と酸化チタン膜の比較評価試験を実施した結果、高効率の点で酸化チタン膜型セルのほうが優れており、ITO膜上にTiOXバッファー層を付与することによって、フィルムとの密着性も確保できることを確認した。さらに品質工学手法を用いてセル製造工程を見直すことによって、安定して変換効率6%を達成し、ルテニウム錯体色素を0℃以下の超低温条件で吸着させることによって、セルの信頼性を向上させることに成功した。また、100μm厚の超薄板ガラスを光電極基板に用いて変換効率8.1%を達成した。
英文要約Plastic film is inferior in heat resistance than glass. Therefore, the development of low temperature deposition technique is important in film-type dye-sensitized solar cell. We have established production conditions and stable simply by screen printing a film-type dye-sensitized solar cell using a ZnO electrode. In this project, we have developed high-efficiency, improved reliability, modular technology development, verification of practicality.
We have found that a supersensitizing effect is exhibited that it is adsorbed in two steps double anchor indoline dyes that absorb short wavelength light with a cyanine dye that absorbs long-wavelength light. And I have achieved high current density of 14mA/cm2, a 5.8% conversion efficiency.
We improved light resistance by the UV-coating photoelectrode substrate. Further, it was found that the durability is greatly improved compared to the Pt counter electrode by using the catalyst layer of the counter electrode new PEDOT film having no dopant.
Clear the cycle test in these efforts, we got the durability of more than 10% performance degradation under 1000 hours 60 ℃-90%RH.
We conducted a demonstration test of the DSC module using the model house of Sekisui Chemical Co., Ltd.. Shows the output equal to or greater than the a-Si solar cells in the different conditions of illumination, the test confirmed that the film DSC that we have developed is highly practical.
As a result of comparing the output of the TiO2 type cell with a ZnO type cell again, it is confirmed that more of the TiO2 type cells is highly efficient, then, we have developed TiO2 type cells. We have achieved a 6% conversion efficiency in the TiO2 type cell by cell review of the manufacturing process. By adsorption at a low temperature conditions below 0 ℃ Ru complex dye, we have succeeded in improving the reliability of the cell. In addition, we have achieved 8.1% conversion efficiency using the photoelectrode substrate ultra thin glass having a thickness of 100μm.
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