成果報告書詳細
管理番号20160000000025
タイトル平成22年度-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(色素増感太陽電池モジュール化技術と高耐久性化研究開発)
公開日2016/8/25
報告書年度2010 - 2014
委託先名株式会社フジクラ
プロジェクト番号P07015
部署名新エネルギー部
和文要約本事業では、PV2030+に掲げられた2020年における太陽光発電による発電コスト目標14円/kWhを、色素増感太陽電池(DSC)を用いた発電システムにおいて実現するために、屋外利用可能かつ高効率なDSCの技術開発を、東京理科大学との共同にて実施した。「大面積・高耐久性色素増感太陽電池モジュールの研究開発」信頼性に優れる集電配線保護技術、セルの封止技術、パッケージング技術などについて開発・改善検討を進めた。また同時に、開発した要素技術を大面積セルに適用するために必要な製造技術開発も行った。これらを反映することで、ユニットセルの直列構造を有する25cm角モジュールにて、最も難易度の高かった耐湿性試験(B-2試験)を含むJIS C8938準拠の4試験をクリアした。さらに、開発した耐久性モジュール構造を踏襲しながら、新たに確立した色素の高純度精製技術、東京理科大で開発した高性能材料などを適用することにより、25cm×17cm、4直モジュールにて、社内測定ながらη(ap)=8.94%、η(ac)=9.56%を達成した。「色素増感太陽電池モジュールの屋外耐久性実証」50cm角サイズのDSCモジュールパネルを試作し、屋外実環境下に設置して特性、安定性を評価した。設置したDSCモジュールパネルは、1sun下と比べてより照度の低い日射条件において効率が高くなることが分かった。2014年2月に設置した試験モジュールパネルは、本PJT終了時点で初期値から性能低下が無いことが確認できており、1年以上に渡って安定動作可能であることを実証した。「高耐久性色素増感太陽電池モジュールの高効率化技術開発」東京理科大学にて開発したチタニアペースト、新組成色素溶液、新組成電解液をサブモジュールサイズに適用するための製造技術検討を行った。これらの高性能材料と、当社において最適化設計した集電配線型電極とを組み合わせた5cm角セルを試作し、産総研測定にて変換効率10.0%±0.4%を達成した。このデータは、DSCミニモジュールの世界最高値として、Progress in Photovoltaics: Research and Applications誌のSolar Cell Efficiency Tables(ver.45)に採択された。「色素増感太陽電池モジュールの低照度高性能化技術開発」チタニア電極表面などからの漏れ電流(電荷再結合)を抑える技術に着目して開発を進めた。色素未被覆のチタニア表面に吸着して電荷の再結合を阻害するような添加剤の探索を行い、これを試作モジュールに組み込むことで低照度特性の改善を試みた。その結果、8.5mW/cm2の実環境下において、5 cm角モジュールでη(ap)=12.2%(1sun下では10.0%)を達成し、DSCが他の太陽電池でむしろ苦手とする低照度環境でより優れた性能を発揮できることを示した。
英文要約In this project, we have developed an outdoor-use high-performance dye-sensitized solar cell (DSC) with Tokyo University of Science and achieved the 2020 photovoltaic power generation cost target of 14 JPY/kWh in Roadmap PV2030+. 1. "Development of large highly-durable dye-sensitized solar module" We proceeded with the development or improvement of the technologies for highly reliable coating for current collecting wiring, sealing of cells, and packaging of modules. At the same time, the manufacturing processes were also developed because of necessities for applying developed elemental technologies to manufacture large-sized cells. By the use of these novel technologies, a 25cm-square module with series-connected unit cells passed four JIS C8938-compliant tests including a heat damp test (B-2 test), which was most difficult to pass for a DSC. In addition, a 25 cm x 17 cm, four series-connected module modified from the module of highly durable design was also developed by applying additional technologies like a newly established dye purification technology and high-performance materials developed in Tokyo University of Science. This module showed high conversion efficiencies of 8.94 % (ap) and 9.56 %(ac) by in-house AM1.5 measurement. 2. "Substantive experiment of outdoor durability for DSC module" Samples of 50 cm-square DSC modules were built and tested to determine their performance and stability under outdoor practical conditions. It was found that installed DSC module panels operated at higher efficiency under low illuminance conditions than a panel under 1 sun conditions. The experimental module panel installed in Feb. 2014 proved that no performance drop occurred during the time and that DSC stably worked over 1 year. 3. "Development of high-efficiency technologies for highly durable DSC" We considered manufacturing processes to use titania printing paste developed by Tokyo University of Science, new composition of dye solution and electrolyte in a DSC sub-module. These higher performance materials were combined with electrodes with current collecting grids optimally-designed in Fujikura.The newly fabricated 5 cm square cell performed 10.0 ±0.4 % efficiencies by AIST measurement. This data appeared in Solar Cell Efficiency Tables (ver.45) in Progress in Photovoltaics: Research and Applications as the world's best record of DSC minimodule performance. 4. "Development of high-efficiency technologies for DSC module under low illuminance conditions" We proceeded with the development of high-efficiency technologies for DSC module under low illuminance conditions focusing on the technologies to reduce leakage current (recombination of carrier) from the surfaces of titania electrodes or other places to electrolyte. We searched agents adsorbing onto the surface of titania electrodes, which were not covered by dye molecules, and preventing charge recombination. We also tried to improve performance of the DSC under low illuminance conditions by using these agents in sample modules. Consequently, 12.2 % of conversion efficiency under 8.5 mW/cm2 practical conditions (10.0 % under 1 sun condition) was achieved by a 5 cm square module. It means DSC shows advantageous performance under low illuminance conditions that other solar cells don't work well.
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