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。

在从氧饱和的氯化锌水溶液中阴极沉积氧化锌薄膜时，通过共存特定的水溶性染料如曙红Y，可以获得氧化锌和曙红Y的复合膜。当用稀碱性水溶液对其进行清洗以解吸曙红Y时，其成为在晶粒内形成有无数纳米孔的多孔结晶薄膜。在本研究中，我们主要研究了以下两种使用该薄膜生产低成本固态薄膜太阳能电池的方法。一种方法是将染料吸附到制备的多孔氧化锌薄膜的表面上，然后使用p型半导体层（例如CuSCN）作为空穴传输层来代替普通染料敏化太阳能电池中使用的电解质来通电采用化学沉淀法制备了全固态薄膜型太阳能电池。光电化学表征的结果是，观察到基于染料光激发的光电流和光电压，表明它可以用作太阳能电池。然而，很难将CuSCN沉积到氧化锌多孔结构的精细细节中，并且能量转换效率仍然较低。另一种尝试是通过在多孔氧化锌表面化学沉积 CdSe 纳米颗粒而不是颜料来制造无机颜料敏化太阳能电池。均匀地形成表现出约3-5mm的量子尺寸效应的点，并且膜呈红色。在使用含有多硫化物的电解质溶液的电池中，最大光电流量子效率（IPCE）达到57%，证实了量子点的电子注入效率很高。然而，由于CdSe的光溶解在电解质中进行得很快，因此不可能制造出实用的器件，因此发现有必要制造一种干式器件，其中电解质溶液被替换为固体空穴传输材料。和上面的方法一样。我们证实可以使用纳米多孔氧化锌薄膜制造低成本固态太阳能电池。然而，目前很难用固体导电材料填充所形成的极细孔隙，导致能量转换效率较低。未来的问题是如何在与表面粘合时确保大的接触面积，这成为了一个问题。