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。

传统的半导体多孔膜的制造方法需要在450℃左右的温度下进行热处理，这限制了透明基板材料相对昂贵的平板玻璃，这也是阻碍太阳能电池成本降低的因素。在这项研究中，为了解决这个问题，我们将氧化钛细颗粒和钛盐的水性混合糊涂在基材上，将其置于水热容器的气相中，通过与钛盐的水解反应氧化钛盐。我们设计了一种使钛结晶并连接氧化钛细颗粒的新方法，并发现它作为制造染料敏化太阳能电池光电极的新方法非常有前途。当使用透明导电玻璃基板时，对于太阳光的转换效率超过6%，当使用透明导电PET薄膜作为基板时，为3.6%，被认为是世界顶级的薄膜电池实现了高效率。 。为了评估该方法的更大潜力，在450℃下烧制在透明导电玻璃上形成的膜，在阳光照射下获得了接近8%​​的转换效率，表明该方法的应用前景已得到证实。 。这项研究的结果已发表在Chemistry Letters上，后续报告可能会发表在Advanced Materials上。在上述研究中，使用聚吡啶钌金属络合物作为颜料，但考虑到这也会导致成本较高的原因，我们决定使用聚吡啶（钌金属络合物），它是一种天然色素（从植物、昆虫中提取） 、细菌等），也用作安全的食品添加剂。我们尝试将该产品用作廉价且无害的敏化剂。 10种左右的天然染料几乎全部表现出增感功能，其中最好的一种实现了约1.6%的光电转换效率，高于典型的合成有机染料。研究成果发表在《日本材料研究会会刊》上。

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）。