成果報告書詳細
管理番号20140000000615
タイトル平成22年度-25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 色素増感太陽電池の特徴を活かした用途開発と、それに必要な要素技術の研究開発
公開日2015/5/26
報告書年度2010 - 2013
委託先名アイシン精機株式会社 株式会社豊田中央研究所
プロジェクト番号P09026
部署名新エネルギー部
和文要約 アイシン精機と豊田中央研究所では、色素増感太陽電池の特徴であるカラーバリエーションと低日射での発電特性が優れる点に着目し、材料・モジュール、新たな用途を目指した応用製品の開発を行なっている。豊田中央研究所では高出力、高耐久性(屋外使用)を目指した意匠性のある色素増感太陽電池を実現するために、カラフルで屋外使用に耐え得る実用性を備えた色素を探索し、様々な有機色素の構造と、太陽電池の耐久性のデータベースを構築して、色素安定性の分子構造依存性を明らかにした。多色化色素のセルの加速耐久試験と屋外暴露試験を実施し、セルの劣化機構を明らかにした。酸化チタンとの結合基としてシアノカルボン酸を有する有機色素では、結合基(アンカー分子)の脱炭酸と色素脱離が劣化要因であることを突き止めた。色素の脱離と変質を防止するために独自の結合基(例、ホスホン酸、フタル酸、イソフタル酸)を有する有機色素を設計・合成し、太陽電池の耐久性を向上させた。赤以外の色調(緑色、青色、黄色)で、長期間の屋外暴露(作動条件)試験において劣化を抑制できる多色色素を見出した。
一方、色素増感太陽電池・有機薄膜太陽電池をハイブリッドした革新的太陽電池を創出するために、有機鉛ヨウ化物ペロブスカイト(CH3NH3PbI3)を用いたハイブリッド太陽電池の要素技術を検討した。原子層堆積法(ALD)で形成した緻密TiO2薄膜を適用したセルでは、従来のスプレー熱分解法で形成した場合よりも、太陽電池の特性(開放電圧と形状因子)が改善されることを見出した。
 アイシン精機では、高出力・高耐久性を目指した実用性のある色素増感太陽電池モジュールを実現するために、モノリス型構造に着目し、それに必要となる貴金属触媒に代わるカーボン電極材料の開発やモジュールの製造プロセスを設計・開発した。各製造工程において課題を抽出し、その対策を実施することで得られたモジュールの作動耐久試験を行った。経時的な出力低下の原因究明を行うと同時に、電極設計やプロセス条件を見直し、大型モジュールで色素増感太陽電池として類例のない長寿命化を実現した。併せて、実用化に向け本研究で得られた色素増感太陽電池モジュールを利用した応用製品を複数提案し、全国でフィールド試験を行い、ユーザーの意見も取り入れながら商品性の検証を進めた。色素増感太陽電池・有機薄膜太陽電池をハイブリッドした革新的太陽電池創出のための基盤研究では、ペロブスカイト(CH3NH3PbI3)を用いたハイブリッド太陽電池のセルの報告をベースに独自のモジュール作製に取り組んだ。通常金の蒸着で行われる対極をカーボン対極に変更し、真空プロセスを利用しないモノリス型の大型モジュールを世界に先駆け具現化し、製造プロセス上の課題を抽出するとともに連続生産性を兼ね備えていることを確認した。
英文要約 AISIN SEIKI Co., LTD. and Toyota Central R&D Labs. Inc., paying attention to the excellent features of Dye-Sensitized Solar Cells (DSCs), which are the photovoltaic characteristics at low irradiation, the color variations of electrode, are developing materials, modules and application candidates. Toyota Central R&D Labs., has developed the DSCs having both high solar energy conversion efficiency, highly stable under outdoor environment and colorful design, we have explored the colorful and highly stable dyes for practical use. Therefore, we have been studying the stability of DSCs using colorful organic dyes. Now, we have clarified the relation between the molecular structures of dyes and the stability of the cells by the acceleration test under the continuous 1sun light soaking at 60℃ of DSCs. It has been found that the deterioration of the cells depended on the kind of the dyes by impedance analysis of the cells and mass spectroscopy of the dyes before/after the acceleration test and outdoor exposure test. The decarboxylation of dyes was one of the degradation mechanisms in the DSCs using D-A dyes having cyano-carboxylic acid. The stability of the cells was improved by replaceing the anchor molecule of D-A dyes, for example, by incorporating cyanovinylphosphonic acid or multicarboxylic acids on an aryl group as an anchoring group. We have found highly stable colorful dyes in color of green, blue and yellow under long-term outdoor conditions. To create the innovative next-generation solar cells as combination of dye-sensitized and organic thin-film solar cells, we have studied the elemental technology of organic lead halide perovskite (CH3NH3PbI3) solar cells. We have found that the performance of the cells with the thin film TiO2 compact layer fabricated by atomic layer deposition method, were good compared to by spray deposition.
AISIN SEIKI Co., LTD. has developed the following fundamental technologies to realize practical Dye-sensitized Solar Cells (DSC) Modules with high performance and high durability ; monolithic module structure, carbon electrode material alternative to precious metal catalyst, module manufacturing process etc. Issues in the module manufacturing process were identified and countermeasures were taken. Durability test was conducted with improved modules. Large size DSC module with very good durability was realized by investigate the cause of output power decrease, and re-examination of electrode design and process conditions. For practical use, application product prototypes, utilizing a DSC module obtained in this study, were developed and put in field test in many locations in Japan. We also advanced the verification of merchantability. While developing dye solar cells, we also joined the fundamental study of innovative solar cells creation in which hybrid type solar cell, hybrid of DSC cells and organic thin film solar cells, has been focused on. Here, we produced our own prototype module, based on the report of hybrid type solar cell which using perovskite material. We realized the world's first large monolithic perovskite solar cell module without vacuum process by using carbon counter electrode. With this prototype modules, we identified issues of manufacturing process, and confirmed continuous production ability.
ダウンロード成果報告書データベース(ユーザ登録必須)から、ダウンロードしてください。

▲トップに戻る