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光触媒型太陽電池の開発
研究代表者 機器分析センター 中村優子
( 1 ）プロジェクトの背景・目的
従来、単結晶あるいはアモルブアスシリコンで p‑n 接合させた太陽光発電システムは エネルギーコストが高く、実用的な見地から、光の利用効率を向上させるとともに、より 安価な太陽光発電システムの開発が望まれている。
これまで、太陽光発電パネルの開発において、安価で、簡単な方法を用いて作製した光触媒 能の異なる電極を組み合わせて光触媒型太陽電池を組立て、光電流が取り出せることを明 らかにしてきた。本フロジェクトは光の利用効率を向上させるため、安価な方法で種々の 酸化物半導体膜を作成し、酸化チタンにドープ、または単独膜での可視光応答性の可能性
を検討し、安価な光触媒型太陽電池の開発を目的とした。
( 2 ）研究成果
安価で簡単な酸化物作製法として本プロジェ クトで開発した液相法であるアドバンストゾル ゲ、ル法を用いた。
電極は FTO ガラス基板上に、 Ti02 、 MnxOy 、 W03 および導電性を持つ l r 0 2 前駆体溶液を調整 し、単独または混合溶液をスピンコート乾燥後 500 ℃焼成して作製した。 Ti02 前駆体溶液は前回 の報告と同じ方法を用いた口 MnxOy の前駆体溶液 は MnC104 ・ H20 を出発原料とし還流・濃縮を行 い調整し、 Ti02 溶 液 に 混 合 比 を 変 え て 混 合 し Ti‑Mn 前駆体溶液とした。この溶液の作製方法お よび溶液の外観を図 l に示す。得られた前駆体溶 液は透明であることがわかる。 Ti:Mn=IO:l 、 5 0 : 1 、 1 0 0 : 1 に混合し焼成した膜の紫外可視領域の光吸 収曲線を図 2示す。 Ti:Mn=IO:l の場合に吸収端 の長波長側すなわち可視光領域側へのシフトが 観察され、可視光応答性が示唆された。
これらの電極を用い光触媒型セルを組立て蛍 光灯照射下で、の光電流の測定を行った。図 3 にそ のセルの外観図を、図 4 に光照射によって得られ た光電流を示す。なお、光源は蛍光灯の光に僅か に含まれる紫外光をアクリル板のフィルターを 通してカットしてイ吏用した。
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二1 0 :1 の場合に高い光電流が得られた。このこ とは光吸収曲線の結果と一致している。また他の混合 膜においても吸収端波長にはそれほど顕著に確認で
きなかったが、可視光での光電流が観察されることか ら、可視光により励起されたマンガンが基底状態に戻 るときのエネルギーが T i 0 2 の電荷分離に影響してい ると考えられる。
また、これまで可視光応答性薄膜として W03 薄膜が 報告されている。その応答性は作製法により異なり、
C V D法で作成した膜のみが有効で、あるとされてき た。しかし液相法で作製した膜で可視光応答性が確認 できれば安価な作製法の可能性を示唆している。そこ でアドバンストゾルゲ、ル法を用いて W03 膜を作製し 光触媒性について検討した。前駆体溶液の作製方法、
その溶液の外観および薄膜作製方法を図 5 ~こ示す。溶 液は透明性を有している。 W03 単独膜及び T i 0 2 との積 層膜の外観を図 6 に、また、各薄膜の吸収スベクトル を図 7 にしめす。 T i 0 2 に比して吸収端波長が長波長側 にシフトしており、可視光応答膜の可能性が考 えられた。光触媒膜は有機物分解に優れた効果
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を発揮し環境浄化に重要な役割を持つ。本研究で はアルデヒドガス分解試験により触媒性能を評
価した。装置の概要及び結果をそれぞれ図 8 、図 ＼ 鞘 轍 機 智 に 子
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紫外光照射下では Ti02 単独膜が高い光触媒能 1 , : : 1 τ − ： 1 日F~~0」
を示すが、可視光照射下では W03 の積層膜が Ti02 に比して分解除去率が大きく、可視光に対する光 触媒活性を示した。このことは液相法で作製した 膜でも可視光応答性が得られることを示してお り、安価な作製法とできることを示唆している。
FTO ガラスに TiOrMnxOy 、 W03 酸化物薄膜を陰極に、また陽極として TiOrlr02 薄膜を コートし光触媒型太陽電池を構築した。セルの概要を図 1 0 に示す。
電解液にヨウ素ゲ、ルを用い、太陽電池の光応答性および、出力測定を行った。 UV 光及び 蛍光灯照射下での結果を図 11 および 1 2 に示す。比較のためこれまで報告した中で一番高 い光触媒特性を示す T i : S n = 3 : 1 の混合比の酸化物薄膜での結果を示す。紫外線照射下では いずれの膜も光応答性を示し、試作した電池が光電池として作動している。一方、蛍光灯 照射下では W03 が最も活性が高く 0.25V 、 2μA の電流を取り出すことができた。
なお、 TiOrMnxOy については酸化膜が少し赤色を呈していることから可視光領域での 応答性が期待されたが、光電流は今回は得られなかった。これは今後の課題と考えられる口
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