半導体電極の光電気化学エッチングによる表面加工と太陽光エネルギー変換への応用

光电化学刻蚀半导体电极表面处理及其在太阳能转换中的应用

• 批准号: 00F00313
• 负责人: 杉浦 隆
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Gifu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-00F00313/
• 关键词: 天然色素; 色素増感型太陽電池; 酸化チタン; 水熱合成; ナノポーラス; 導電性プラスチック

従来の半導体ポーラス膜の作製法は450℃程度の温度での熱処理を要するため、透明基板材料を比較的高価な板ガラスに限定してしまうことも太陽電池の低コスト化を阻む要因となっている。本研究では、これを解決するために、酸化チタン微粒子とチタン塩の水性混合ペーストを基板に塗布し、これを水熱容器の気相中に設置して水蒸気による加水分解反応によってチタン塩を酸化チタンに結晶化して酸化チタン微粒子を連結するという手法を新たに考案し、それが色素増感太陽電池の新規光電極作成法として非常に有望であることを見出した。透明導電性ガラス基盤を用いた場合には、太陽光に対する変換効率は6%を越え、透明導電性PETフィルムを基盤として用いた場合にも3.6%と、フィルム型電池としては世界トップと思われる高効率を達成した。本法のいっそう大きな可能性を評価するために、透明導電性ガラス上に製膜したものを450℃にて焼成したところ、太陽光照射下で8%近い変換効率が得られ、本法の有望性が確認された。この研究結果は、Chemistry Lettersに掲載され、また続報がAdvanced Materialsに掲載可となっている。上記の検討では色素としてポリピリジンRu金属錯体を用いたが、これも高コストになる原因となることを考えて、安全な食品添加物としても用いられる天然色素(植物、昆虫、細菌類などから抽出したもの)を安価で無害な増感剤として用いることを試みた。10数種の天然色素のほとんど全てが増感機能を示し、最良のものは代表的な合成有機色素を上回る1.6%程度の光電変換効率を達成した。この研究結果はTransactions of Materials Research Society of Japanに掲載された。

制造半导体多孔膜的常规方法需要在约450°C的温度下进行热处理，因此，透明的基板材料仅限于相对昂贵的板玻璃，这也是阻止太阳能电池成本的因素。在这项研究中，为了解决这个问题，设计了一种新方法，其中将氧化钛颗粒和钛盐的水混合粘贴到底物上，将其放置在热液容器的气相中，并通过与氧化钛氧化钛含量链接的水解反应，将钛盐结晶为氧化钛的钛盐。发现该方法非常有前途，作为一种为染料敏化太阳能电池创建新的光电极的方法。当使用透明的导电玻璃底座时，阳光的转换效率超过6％，当使用透明的导电宠物膜作为底座时，它实现了高效率，被认为是世界上顶级膜电池。为了评估该方法的更大潜力，在450°C上发射了在透明导电玻璃上形成的膜，并在阳光照射下获得了转化效率，并确认了该方法的有希望的效果。这项研究的发现发表在化学信中，可以在高级材料中发表进一步的报告。在上述研究中，息肉吡啶ru金属络合物被用作颜料，但是考虑到这也可能导致高成本，我们尝试使用天然色素（从植物，昆虫，细菌等中提取），这些颜料也被用作安全的食品添加剂，例如便宜且无害的敏感性。十种天然染料中几乎所有类型的染料都表现出敏化功能，而最佳的光电转化效率约为1.6％，超过了典型的合成有机染料。这项研究的结果发表在日本材料研究学会的交易中。

项目成果

D.Zhang, T.Yoshida, H.Minoura: "Cathodic Electrodeposition of Oxide Semiconductor Thin Films and Their Applications to Dye-Sensitized Solar Cells"Chemistry Letters. 2002・9. 874-875 (2002)

D.Zhang、T.Yoshida、H.Moura：“氧化物半导体薄膜的阴极电沉积及其在染料敏化太阳能电池中的应用”化学快报 2002・9（2002）。