TiとZrの酸化物からなるナノ構造体を用いた新規な色素増感型太陽電池の開発

使用钛和锆氧化物纳米结构开发新型染料敏化太阳能电池

基本信息

批准号：
12F02378
负责人：
松田厚範
金额：
$ 1.54万
依托单位：
Toyohashi University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012 至 2014
项目状态：
已结题

项目摘要

昨年度までに、電解液や印加電圧の制御により分岐型チタニアナノチューブの形成に成功したが、今回、その分岐メカニズムを詳細に調査・考察し、作製条件にフィードバックしたことで、分岐型酸化チタンナノチューブの構造を精密に制御することが可能となった。得られた分岐型チタニアナノチューブの光学特性、特に光の反射・吸収特性を調査したが、この点に関しては分岐構造と光学特性の相関は特になかった。構造の異なる分岐型チタニアナノチューブ、または無分岐型チタニアナノチューブを用いて色素増感太陽電池を作製し、分岐構造による電池性能への影響を調査した。光電変換効率に大きく寄与するとされる、色素吸着量が分岐構造の導入によって増大することを期待したが、特に増大は見られなかった。しかし、光電変換効率が大きく向上したため、分岐構造のあり・なしで電気抵抗率を測定したところ、分岐構造の導入による電気抵抗率の大幅な減少が確認された。この抵抗の減少は、電子伝導の経路が増えたことに起因すると考えているが、それだけではなく、分岐構造の導入処理によりナノチューブ内に格子欠陥が生成し、電子伝導に寄与しているのではないかという結論が得られた。一方で、Comsol社のMultiphysicsソフトウェア(有限要素法解析ソフト)を用いて、陽極酸化によるチタニアナノチューブの形成・成長メカニズムの解析を実施した。その結果、陽極酸化のための電圧印加時の酸素の流れをシミュレートすることができ、その酸素の流れが形成するナノチューブの構造を決定付けると予想された。これは、すでに研究されてるアルミナナノチューブの形成メカニズムとよく似ており、他の金属元素においても同様の解釈が可能なことが示唆された。

直到去年，我们通过控制电解质和施加电压成功地形成了支化二氧化钛纳米管，但这一次，我们详细研究和考虑了支化机制，并将其反馈到制造条件中，使得精确控制结构成为可能。。研究了所得支化二氧化钛纳米管的光学性质，特别是光反射和吸收性质，但支化结构与光学性质之间没有特别的相关性。采用不同结构的支化二氧化钛纳米管或无支化二氧化钛纳米管制备了染料敏化太阳能电池，并研究了支化结构对电池性能的影响。我们预计支化结构的引入会增加染料吸附量，据说这对光电转换效率有很大贡献，但没有观察到特别的增加。然而，由于光电转换效率大大提高，因此测量了有和没有支化结构的电阻率，并且证实了支化结构的引入显着降低了电阻率。我们认为电阻的降低是由于电子传导路径数量的增加，但也有可能是由于引入分支结构的过程而在纳米管内产生了晶格缺陷，从而有助于电子传导。结论是不存在这样的事情。另一方面，我们利用Comsol的Multiphysicals软件（有限元分析软件）分析了阳极氧化二氧化钛纳米管的形成和生长机制。结果，可以模拟施加电压进行阳极氧化期间的氧气流动，并且预测氧气的流动将决定所形成的纳米管的结构。这与已经研究过的氧化铝纳米管的形成机制非常相似，并且表明对于其他金属元素也可能有类似的解释。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Agナノ粒子/TiO_2ナノチューブ複合体の作製と色素増感型太陽電池への応用

Ag纳米颗粒/TiO_2纳米管复合材料的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用

DOI：
发表时间：
2013
期刊：
影响因子：
0
作者：
M. A. Kafi;Y. Phanny;Y. Nakamuta and M. Todo;R. Saha;近江隼人・河村剛・Darren LeClere・武藤浩行・松田厚範;李　紅星・高　斯・田　艶中・寺田大将・柴田曉伸・辻　伸泰;近江隼人・河村剛・Darren LeClere・武藤浩行・松田厚範
通讯作者：
近江隼人・河村剛・Darren LeClere・武藤浩行・松田厚範

Detailed Analysis of Porous Anodic Aluminium Film Morphology with Application to Oxide Flow Simulations

多孔阳极铝膜形态的详细分析及其在氧化物流动模拟中的应用

DOI：
发表时间：
2013
期刊：
影响因子：
0
作者：
Darren LeClere;Go Kawamura;Hiroyoki Muto;Atsumori Matsuda
通讯作者：
Atsumori Matsuda

Dye Loading Study of Branched TiO2 Nanotube

支化二氧化钛纳米管的染料负载研究

DOI：
发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
0
作者：
Y. Z. Tian;L. J. Zhao;S. Chen;D. Terada A. Shibata;N. Tsuji;Adrian Ashari・Darren J. LeClere・河村剛・武藤浩行・松田厚範
通讯作者：
Adrian Ashari・Darren J. LeClere・河村剛・武藤浩行・松田厚範

Parameters and Underlying Mechanisms Affecting the Morphology of Bifurcating TiO_2 Nanotubes

影响分叉TiO_2纳米管形貌的参数及机制

DOI：
发表时间：
2013
期刊：
影响因子：
0
作者：
Y.Z.Tian;S.Chen;L.J.Zhao;D.Terada;A.Shibata and N.Tsuji;Darren J. LeClere・Adrian Ashari・河村剛・武藤浩行・松田厚範
通讯作者：
Darren J. LeClere・Adrian Ashari・河村剛・武藤浩行・松田厚範

Study of Branched TiO2 for DSSC Application

支化二氧化钛在 DSSC 中的应用研究