成果報告書詳細
管理番号20160000000020
タイトル平成22年度ー平成26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 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2016/5/20
報告書年度2010 - 2014
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1) 1 cm角程度セルの高効率化技術の開発
 高表面積、かつ高い光捕集効率を示す高性能なチタニア光電極の作製を目的とし、用いるチタニアナノ粒子の粒子径や積層構造などの系統的な検討を行った。その結果、Black dye色素を単独で用いた色素増感太陽電池(DSC)において開発前の変換効率10.3%を11.4%にまで向上させることに成功した。Black dye を用いたDSCに対して各種有機色素を共増感させた共増感型DSCの作製法に関する検討を行い、Black dyeとD131を用いた共増感型DSCにおいて11.6%の変換効率を達成した。Black dye色素の性能を上回るルテニウム錯体色素の開発を目指してターピリジン誘導体を配位子として有する20種類以上の新規色素の開発を行った。新規ルテニウム錯体色素TUS-38は、最適条件において11.9%(同条件においてBlack dyeは10.9%)の変換効率を示し、世界最高レベルの高性能ルテニウム錯体色素の開発に成功した。チタニア光電極から電解液への逆電子移動反応の抑制、およびヨウ素レドックスの拡散抵抗の軽減を主な目的として電解液組成の最適化を行った。これにより、Black dyeとD131の共増感型色素増感太陽電池において、変換効率を11.6%から12.45%にまで向上させることに成功した。

2) 高性能で高耐久性・低コストサブモジュール開発のための材料開発
 5 cm角サイズサブモジュールにおいて、(株)フジクラと共同開発で世界最高性能であるAIST認証値10.0%を達成した。セル作製時における湿度制御を行うことにより、JIS規格B8938試験における効率低下10%以内を達成した。白金代替材料としてカーボン材料を用いた高性能対極の作製を行った。用いるカーボン材料の種類やカーボン膜厚などを検討することにより、白金対極と同等の10%を超える光電変換効率を達成することに成功した。
英文要約1) Studies on the efficiency improvement of 1cm-by-1cm DSCs. Optimization of the TiO2 photoelectrode structure has been carried out to develop highly efficient TiO2 photoelectrodes having a high surface area and showing a high light-harvesting efficiency. Conversion efficiency of the Black-dye-based dye-sensitized solar cell (DSC) increased from 10.3% to 11.4% by using the developed highly efficient TiO2 photoelectrodes. Cosensitization method of Black dye and an organic dye has been investigated to develop the highly efficient cosensitized DSC. Conversion efficiency was found to be increased by the combination of Black dye and D131, and Black dye and NKX-2553. 11.6% conversion efficiency was obtained in the cosensitized DSC with Black dye and D131 prepared by the optimized cosensitization method. Novel ruthenium complexes with a terpyridine derivative ligand have been synthesized to develop a ruthenium sensitizer showing the conversion efficiency higher than that of Black dye. 11.9% conversion efficiency was obtained in the DSC with the ruthenium sensitizer having a hexylthiophene modified terpyridine ligand (TUS-38), which is much higher than that obtained in the DSC with Black dye (10.9%) under the same measurement condition. Optimization of the electrolyte composition has been carried out to suppress the backward electron transfer reaction from the TiO2 photoelectrode. Conversion efficiency of the cosensitized DSC with Black dye and D131 was improved from 11.6% to 12.4% by using the electrolyte solution with an optimized composition.

2) Development of the highly efficient DSC mini-modules with a sufficient stability. 10.0% conversion efficiency of a 5cm-by-5cm-size mini-module was verified by AIST, and which was reported as the world record in the Solar cell efficiency table version 45. Relative conversion efficiency maintenance factor over 90% after the B8938 test was achieved by removing the humidity during the cell fabrication process. Highly efficiency carbon counter electrodes have been developed to reduce the production cost of the DSC. The conversion efficiency above 10.0% was achieved in the DSC with the developed carbon electrode, which is almost equal to that of the DSC with a Pt counter electrode, by using two kinds of carbon materials and by controlling the film thickness of the carbon electrode.
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