電気化学的手法による高配向型TiO_2ナノチューブアレイの創製と太陽光発電への応用

电化学法制备高取向TiO_2纳米管阵列及其在太阳能发电中的应用

基本信息

批准号：
07F07069
负责人：
関野徹
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

これまでの研究成果である低環境負荷および急速な陽極酸化法を実現する電気化学的プロセスを基礎として、自己組織化的に合成された低次元異方性ナノ構造酸化チタンナノチューブの形成プロセスの更なる最適化を行った。得られた材料について光機能や電気機能を精査すると共に、太陽電池光電極への応用を行った。急速陽極酸化法で作製したTNT粉末を用いてチタニア光電極をペースト法にて作製し、これを用いたDSSC発電特性を評価した。一方、対極の反応性はDSSCセル発電特性に大きな影響を与えることからPt電極析出方法を変えたPt対極の触媒(酸化還元)特性についてもサイクリックボルタンメトリーにて評価を行った。陽極酸化法TNT粉末を透明導電性(フッ素ドープ酸化スズ、FTO)ガラス電極上にコーティングした光電極とし、FTO上に電析Ptを用いた対極としてイオン液体を電解質としたセルで、AM1.5条件下で変換効率3.5%と、TNT使用DSSCとして良好な変換効率を示すことを確認した。一方、Ti箔表面に直接生成させたTNTバンドル(束)を用い、下地Ti膜を電極としてそのまま用い、対極のPt膜電極から光を入射する従来のDSSCとは異なる構成のDSSCを作製し、その光電変換特性を評価した。この結果、従来とは異なる背面入射法でも太陽電池として機能することを見いだした。この変換効率は0.88%と通常のDSSCに比較してまだ低いものの、開放端電圧やフィルファクターが酸化チタン光電極としては高い事を見いだした。これらの結果より、金属-酸化物光電極の接合性が良好なことや適切な熱処理による高結晶性が寄与していると考えられ、環境低負荷な溶液を用いて急速に金属表面へTNTを形成する本研究のプロセスおよび得られた材料の優位性が示された。

基于实现低环境影响和快速阳极氧化方法的电化学过程，这是先前研究的结果，我们进一步优化了形成自组织和低维偏氧化钛氧化钛纳米管的过程。对获得的材料进行了光学和电函数的仔细检查，并应用于光电子。使用使用糊状方法通过快速阳极氧化方法制备的TNT粉末制备钛光电素，并评估了使用此粉末的DSSC发电特性。另一方面，计数器电极的反应性对DSSC电池的发电特性具有重大影响，因此，计数器电极的催化剂（氧化还原）特性已将其更改为PT电极沉积方法，也通过环状伏安法进行了评估。有人证实，阳极氧化的TNT粉被用作覆盖在透明的导电（氟掺杂的氧化物氧化锡，FTO）玻璃电极上的光电极，并将离子液体用作FTO上的电沉积PT作为反电极，并且在AM1.5条件下使用了3.5％的转换效率，该条件在AM1.5条件下和该效率很高。另一方面，使用直接在Ti箔表面形成的TNT束（捆绑包），将基础Ti膜用作电极，并且具有与常规DSSC不同结构的DSSC，其中使用了传统的DSSC，其中使用了来自计数器电极PT膜电极和光电转换特性的光电电极PT膜电极。结果，发现与常规方法不同的后影响方法起着太阳能电池的作用。尽管与正常的DSSC相比，这种转化效率仍然低于0.88％，但发现氧化钛光电子钛的开端电压和填充因子很高。这些结果表明，由于适当的热处理作用，金属氧化物光电极具有良好的键合特性和高结晶度，这表明该研究过程的优势使用具有低环境影响的溶液和所获得的材料在金属表面上迅速形成TNT。