成果報告書詳細
管理番号20160000000060
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/三層協調界面構築による高効率・低コスト・量産型色素増感太陽電池の研究開発(高効率・高耐久性色素材料の研究開発)」
公開日2016/5/20
報告書年度2010 - 2014
委託先名富士フイルム株式会社
プロジェクト番号P07015
部署名新エネルギー部
和文要約色素の分子構造と電池性能に対する影響を調べながら色素探索を進めた結果、1cm角の初期変換効率が11.9%となる色素を見出すことに成功した。太陽光に対する吸収波長領域の拡大と暗電流の抑制が高い変換効率を得るために重要であることがわかった。
次に、更なる効率向上を目的として、長波長化、電位適正化、開放電圧低下抑制の検討を行い、百種類以上の色素を設計合成した。その結果、1cm角の初期変換効率が11.9%となった色素に対して、同一のセル作製条件において効率が1.11倍のFSD-145を見出した。FSD-145を用いてシャープ株式会社にて5cm角サブモジュールを作製した結果、初期変換効率は10.65%となり、世界最高効率記録の達成に成功した。さらに、FSD-145を上回る色素を得るために更なる構造の適正化を鋭意検討した結果、1cm角の初期変換効率が11.9%となった色素に対して効率が1.17倍のFSD-167を開発することに成功した。これらの色素開発によって、Jsc向上とVoc向上を両立する色素分子設計技術を獲得することができた。
また、当社で開発したFSD-19を用いてシャープ株式会社にて5cm角サブモジュールを作製し、JIS C8938のA-2(温度サイクル試験)、A-5(耐光性試験)、B-1(耐熱性試験)、B-2(耐湿熱性試験)を実施した。その結果、これらのいずれの試験においても初期変換効率7%以上で、相対効率低下率10%以下の耐久性を示すモジュールの作製に初めて成功した。
英文要約The effects of structural design of dye molecules and the cell performances were investigated. We successfully created a new dye that achieves a conversion efficiency of 11.9%, the world’s highest efficiency for a dye-sensitized solar cell. Absorbing a wider wavelength range of solar light and reducing dark current is indicated to be some of the important reasons of this unprecedented high conversion efficiency.
 We tried to widen a wavelength range of absorption and adjust HOMO level and LUMO level for improving shapes of incident photon-to-electron conversion efficiency(IPCE) and controlling of lowering open circuit voltage(Voc). We newly prepared more than a hundred new dyes. As a result, we successfully discovered some dyes which demonstrate higher Jsc and higher Voc at the same time. The cell with FSD-145 showed 1.11 times as high conversion efficiency as that with the dye achieves a conversion efficiency of 11.9%. The sub-module employing FSD-145 was confirmed to have excellent performance. Efficiency of the sub-module with 5cm x 5cm was 10.65%, which was the world official record. Furthermore, FSD-167 showed higher performance than FSD-145. The cell with FSD-167 showed 1.17 times as high conversion efficiency as that with the dye achieves a conversion efficiency of 11.9%. Some essences for higher Jsc and higher Voc at the same time were obtained.
We also obtained good results that the sub-module employing FSD-19 was confirmed to have excellent durability under the test conditions described as A-2, A-5, and B-2 in JIS C8938. The sub-module with FSD-19 retained 90% at the initial conversion efficiency, which was 7%, after the designated period of time under all of these test conditions.
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