酸化亜鉛/色素ナノハイブリッド薄膜の電気化学的自己組織化と機能発現

氧化锌/染料纳米杂化薄膜的电化学自组装及功能表达

• 批准号: 15681005
• 负责人: 吉田 司
• 金额: $ 18.55万
• 依托单位: Gifu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15681005/
• 关键词: 酸化亜鉛; 色素; 無機; 有機ハイブリッド材料; 電気化学析出; 薄膜; 太陽電池; 希土類錯体; 酸化チタン; ハイブリッド; フォトセンサ; ディスプレイ

色素増感太陽電池への応用については、緻密な酸化亜鉛薄膜をボトム層として形成した後にポーラス層を積層する多層化により、D149色素を用いた場合の変換効率が4.8%(AM1.5,100mW cm^<-2>)に向上した他、従来は利用出来なかった近赤外光を吸収する増感色素を見出すなどの成果を得た。一方動作安定性に問題があり、グローブボックスを導入して脱水、脱気下でセルを作製したところ、安定性が向上した。三電極系でIMPS測定を実施し、電荷輸送特性の電極電位依存性を調べたところ、膜の底部およそ0.5μmは比較的緻密で電場の影響を受ける一方、上部の多孔質層では拡散による電荷輸送であることを確認した。有機分子とのハイブリッド電析の新たな展開として、アルコキシド由来のアルカリ性チタン酸溶液にハイドロキノンを添加した浴からチタン酸/キノンハイブリッド膜のアノード析出が起こり、この膜の熱処理によって緻密な構造を有するアナターゼ酸化チタン薄膜を得る手法を確立した。同手法はNb_2O_5,Ta_2O_5,Al_2O_3,SiO_2などの通常電気的に絶縁性の金属酸化物の電析に応用出来る。酸化亜鉛薄膜の新しい機能化の試みとして、希土類錯体で表面修飾することによる発光デバイスの作製に成功した。異なる配位性部位を1分子内に有するブリッジ配位子として、ビピリジンジカルボン酸(dcbpy)を用い、これを添加した電解浴からZnO/dcbpyハイブリッド膜を得た後、EuCl_3等の希土類塩溶液に膜を浸漬するのみで、大気中で長期保存しても安定な強い可視域発光を示す薄膜が得られる。さらにこの薄膜にp-CuSCNなどのホール輸送層を積層することで、電荷キャリアに無機半導体を用い、発光中心に有機金属を用いた新種のハイブリッド型EL素子を構築出来る可能性が示された。この成果は速報誌に報じた他、基本原理に関する特許出願(PCT出願予定)を行った。

对于染料敏化太阳能电池的应用，通过形成致密的氧化锌薄膜作为底层，然后堆叠多孔层，使用D149染料时的转换效率为4.8%（AM1.5，100mW·cm）。 >）并发现了一种吸收近红外光的增感染料，这是以前无法获得的。另一方面，存在操作稳定性问题，当在手套箱中脱水和脱气的条件下制造电池时，稳定性得到改善。 IMPS 测量使用三电极系统进行，并研究了电荷传输特性对电极电势的依赖性，膜的底部（约 0.5 μm）相对致密，受电场的影响，而上部则受到电场的影响。多孔层由于扩散而带电，我确认它是传输的。作为有机分子混合电沉积的新发展，钛酸/醌混合膜的阳极沉积发生在将氢醌添加到源自醇盐的碱性钛酸溶液中的浴中，并通过对该膜的热处理，锐钛矿化我们已经建立了一种获得二氧化钛薄膜的方法。该方法可应用于Nb_2O_5、Ta_2O_5、Al_2O_3、SiO_2等一般电绝缘金属氧化物的电沉积。作为氧化锌薄膜功能化的新尝试，我们通过稀土配合物表面修饰成功制备了发光器件。使用联吡啶二甲酸（dcbpy）作为一个分子中具有不同配位点的桥配体，从含有其的电解浴中获得ZnO/dcbpy杂化膜后，将其添加到EuCl_3等稀土盐溶液中。通过浸渍该膜，可以获得即使在大气中长期保存也能稳定地表现出强可见光发射的薄膜。此外，通过在该薄膜上堆叠空穴传输层（例如p-CuSCN），可以构建一种新型混合EL器件，该器件使用无机半导体作为电荷载流子，有机金属作为发射体中心。该结果已在时事通讯中报道，并就其基本原理提交了专利申请（计划申请PCT）。

项目成果

吉田 司: "酸化亜鉛/色素複合膜の電気化学的作製とフィルム型カラフル太陽電池への応用"Electrochemistry. 72・1. 44-48 (2004)

吉田司：“氧化锌/染料复合膜的电化学制备及其在薄膜型彩色太阳能电池中的应用”电化学72・1（2004）。

フィルム型カラフル太陽電池「レインボーセル」の開発

开发出薄膜型彩色太阳能电池“Rainbow Cell”

• 发表时间: 2005
• 期刊: 日本エネルギー学会誌 84(3)
• 作者: M.Matsui;H.Mase;Ji-Ye Jin;K.Funabiki;T.Yoshida;H.Minoura;吉田 司
• 通讯作者: 吉田 司

Mechanism of cathodic electrodeposition of zinc oxide thin films from aqueous zinc nitrate baths

• DOI: 10.1016/j.tsf.2003.10.097
• 发表时间: 2004-03
• 期刊: Thin Solid Films
• 影响因子: 2.1
• 作者: Tsukasa Yoshida;D. Komatsu;N. Shimokawa;H. Minoura

T.Yoshida, D.Komatsu, N.Shimokawa, H.Minoura: "Mechanism of Cathodic Electrodeposition of Zinc Oxide Thin Films from Aqueous Zinc Nitrate Baths"Thin Solid Films. 451/452. 166-169 (2004)

T.Yoshida、D.Komatsu、N.Shimokawa、H.Minoura：“硝酸锌水浴中氧化锌薄膜的阴极电沉积机理”固体薄膜。

T.Oekermann, D.Zhang, T.Yoshida, H.Minoura: "Electron transport and back reaction in nanocrystalline TiO_2 films prepared by hydrothermal crystallization"Journal of Physical Chemistry, B. 108. 2227-2235 (2004)

T.Oekermann、D.Zhang、T.Yoshida、H.Minoura：“水热结晶制备的纳米晶 TiO_2 薄膜中的电子传输和逆反应”物理化学杂志，B. 108. 2227-2235 (2004)