ソフト溶液プロセスによる全固体フィルム型色素太陽電池の作製

软溶液法制备全固态薄膜染料太阳能电池

• 批准号: 04F04407
• 负责人: 杉浦 隆
• 金额: $ 1.54万
• 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: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-04F04407/
• 关键词: 酸化亜鉛; 薄膜; 電気化学析出; 色素; 量子サイズ効果; ナノ微粒子; 無機; 有機ハイブリッド材料; 太陽電池

酸素飽和塩化亜鉛水溶液からの酸化亜鉛薄膜のカソード析出において、エオシンYなどの特定の水溶性色素を共存させると酸化亜鉛とエオシンYの複合膜が得られる。これを希アルカリ水溶液で洗浄することでエオシンYを脱着すると、結晶粒内に無数のナノポアが形成されたポーラス結晶薄膜となる。本研究では、この膜を用いた低コストな固体フィルム型太陽電池の作製について主に次の2種類の方法を検討した。一つは、作製したポーラス酸化亜鉛薄膜表面に色素を吸着させ、その上に通常の色素増感型太陽電池で用いられる電解液の代わりに、CuSCNなどのp型半導体層をホール輸送層として電気化学析出法により作製し、全固体フィルム型太陽電池を作製した。光電気化学特性評価の結果、色素の光励起に基づく光電流と光起電力が観測され、太陽電池として作動可能であることがわかった。しかし酸化亜鉛ポーラス構造の細部にまでCuSCNの電析が困難で、エネルギー変換効率としては低い値にとどまった。もう一つは、ポーラス酸化亜鉛表面に色素の代わりにCdSeナノ微粒子を化学析出させることで、無機顔料増感太陽電池の作製を試みた。3-5mm程度の量子サイズ効果を示すドットが一様に形成され、膜は赤く着色した。ポリ硫化物を含む電解質溶液を用いた電池において光電流量子効率(IPCE)の最高値が57%に達し、量子ドットからの電子注入が高効率に起こることが確認された。しかし、電解液中ではCdSeの光溶解が急速に進行するため、実用的なデバイスとならないため、上記と同様に電解質溶液を固体ホール輸送材料に置き換えた乾式デバイスの作製が必要であることがわかった。ナノポーラス酸化亜鉛薄膜を用いた低コストな固体型太陽電池作製が可能であることを確認できた。しかし、現状では形成された非常に微細な孔に固体伝導材料を満たすことが困難で、低いエネルギー変換効率にとどまっており、表面との接合において、いかにして大きな接触面積を確保するかが今後の課題となった。

当特异性水溶性染料（例如曙红Y）从氧化锌氧化锌薄膜的阴极沉积中共存时，氯化锌的氧饱和水溶液时，获得了氧化锌和烯Y的复合膜。通过用稀碱性水溶液洗涤它，将烯y解吸，导致多孔的晶体薄膜，其中在晶体晶粒内形成无数纳米孔。在这项研究中，我们主要研究了使用该膜制造低成本薄膜太阳能电池的两种方法。一个是为了制备的多孔氧化锌薄膜表面上吸附染料，而不是在正常染料敏化的太阳能电池中使用的电解质，而是使用P型半导体层（例如CUSCN）作为孔传输层，并使用了电化学沉积方法来制造全部 - 溶剂胶片。由于光电化学表征，观察到基于染料的光激发的光电流和光伏能力，发现它可以作为太阳能电池操作。但是，很难以氧化锌多孔结构的最小细节沉积CUSCN，并且能量转化效率仅较低。另一个尝试是通过化学沉淀CDSE纳米颗粒而不是染料在多孔氧化锌表面上生产无机色素敏化的太阳能电池。显示约3-5 mm的量子尺寸效应的点均匀形成，并将膜变色为红色。已经证实，使用含有多硫化物的电解质溶液在电池中的最高光电流量子效率（IPCE）值（57％），而来自量子点的电子注入的效率很高。但是，电解质溶液中CDSE的光电溶解迅速进行，因此很难制作实用的设备，并且发现有必要制造一种干燥的设备，其中电解质溶液被类似于上述的实心孔传输材料代替。已经证实，可以制造使用纳米多孔氧化锌薄膜的低成本固态太阳能电池。但是，目前，很难填充用固体导电材料形成的非常细的孔，并且能量转换效率保持较低，而未来的挑战是如何在与表面结合时确保大型接触面积。