色素増感太陽電池の実用的固体化

染料敏化太阳能电池的实用化固化

• 批准号: 02J04632
• 负责人: 久保 亘
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-02J04632/
• 关键词: 色素増感; 酸化チタン; ゲル; イオン性液体; ポリマーゲル; 固体化; 太陽電池; ポリマゲール

次世代低コスト太陽電池として今後の産業化が大きく期待されている色素増感型太陽電池は、アモルファスシリコン太陽電池に匹敵する変換効率に加え、その製造プロセスに大きなエネルギーを要しないため、高速大量生産の可能性がある。この太陽電池は、可視光領域に幅広い吸収を持つ色素を固定した多孔質セラミック薄膜を光作用極とし、白金もしくは炭素の対極との間にヨウ化物イオンとヨウ素を含む有機溶液を封じたものである。しかし、実用化を考えた場合、この電解質溶液部分を固体化することは、長期の安定性を確保するためには非常に重要である。本研究では、高濃度の電解質を含んだポリマーゲルを用いた固体化を適用し、高温で安定で変換効率の高い素子の作製を検討する。また、ポリマーの分子設計により、機械的強度が高いポリマーによる自立型膜の構築や、導電性高分子の対極への適用を行い、これまで必須の導電性ガラスを使わない素子の作製も試みる。イオン性液体であるヨウ化イミダゾリウム塩にメタクリル酸誘導体と、AIBNを重合開始剤として加えた溶液を、色素担持酸化チタン薄膜に充填し、熱重合した後に昇華法によってヨウ素を含浸させて擬固体作用極を作製した。対極には、大気雰囲気下でも伝導度が高く安定な導電性高分子、チオフェンを用いた。ゲル化に最適なAIBN濃度、最大の光電流を与えるヨウ素の濃度を最適化し、最大変換効率3.8%の擬固体型色素増感太陽電池の作製に成功した。この素子は高分子によって固体化したため、封止をしない状況下でも3ヶ月以上にわたって安定な性能を示した。

染料敏化的太阳能电池预计将来会因下一代低成本太阳能电池而被工业化，具有高速，大量生产的可能性，因为它们在制造过程中不需要大量能源，因为预计将来不会在未来的工业化中进行工业化。该太阳能电池是一种多孔的陶瓷薄膜，在该薄膜中，在可见光区域中具有广泛吸收的染料作为光作用电极固定，并且含有碘化物离子和碘的有机溶液在铂或碳的电极之间密封。但是，在考虑实际使用时，凝固电解质溶液的部分对于确保长期稳定性非常重要。在这项研究中，使用含有高浓度电解质的聚合物凝胶的凝固，并考虑在高温下具有稳定且高度转化效率的设备的产生。此外，通过聚合物的分子设计，我们使用具有高机械强度的聚合物构建了独立膜，并将其应用于导电聚合物的反电极，并试图制造不使用先前必需导电玻璃的元件。含有甲基丙烯酸衍生物和AIBN作为聚合启动剂的离子液体咪唑盐的溶液被填充成染料支持的氧化钛氧化钛薄膜中，然后被热聚合进行热聚合，并通过碘通过替代的Quasi-solodine来制备碘溶剂。相反的电极是噻吩，这是一种导电聚合物，即使在大气大气中，也具有较高的电导率且稳定。优化了最大光电流的最佳AIBN浓度和碘的浓度，并产生了准溶剂 - 固定态染料敏化的太阳能电池，最大转化效率为3.8％。由于该设备被聚合物固化，因此即使在没有密封条件下，它也表现出稳定的性能。

项目成果

W.Kubo, et al.: "Quasi-solid-state Dye-Sensitized TiO_2 Solar Cell with Ionic Polymer Electrolyte"Chemistry Letters. 31・9. 948-945 (2002)

W.Kubo 等人：“具有离子聚合物电解质的准固态染料敏化 TiO_2 太阳能电池”化学快报 31・9 (2002)。