高分子添加ゲル薄膜の作製と染色法を用いた色素増感型太陽電池の作製

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(1)高分子添加ゲル薄膜の作製と染色法を用いた色素増感型太陽電池の作製教科領域教育学専攻自然系コース. M07197K 金治真澄. 1はじめに. そこで本研究では、ゾルーゲル法を用いて有. 近年、C02排出による地球温暖化などの環境問. 機高分子含有ゲル薄膜の作製を行い、染色法を. 題から太陽電池の研究が特に精力的に進められ. 用いて色素増感型太陽電池の作製を行い、ゲル. ている。一一般的にはSi系太陽電池が使用されて. 膜の作製条件と染色による開放端電圧（恥C）の. いるが、これらは真空下で作製されるため装置が. 関係を検討した。. 大規模になり、その製造に膨大なエネルギーが必要となることが問題とされている。グレッツェル. 2 実験方法. らは、ナノ多孔質半導体のTi02に太陽光の広い. IT0ガラス上に、チタンテトライソプロポキ. 波長範囲を吸収する増感色素を吸着させること. シド（Ti（0−i−Pr）。）を用いて有機高分子含有ゲ. で、色素の酸化反応による電子放出と電解液によ. ル薄膜の作製を行った。まず、金属アルコキシ. る色素の再還元反応で発電する色素増感型太陽. ドTi（0一士Pr）・、溶媒に｝PrOH、加水分解のた. 電池を得られることを報告している。. めの水、触媒として塩酸、安定剤にアセチルア. 色素増感型太陽電池の特徴として、常圧下で成. セトン（AcAc）を混合後2時間撹絆し、有機. 膜過程が行えるため、大規模の装置が不要であり、. 高分子HPCを添加した後溶解するまで撹幹し、. 低温合成が可能なことから作製時のエネルギー. 調製液とした。次に調製液を用いてガラス基板. 消費量が小さいなどの利点が挙げられている。. にディップコーティングを施し、24時間自然. そのような中で、本化学研究室では、有機高分. 乾燥させた後に電気炉にて焼成し、ゲル薄膜を. 子含有ゲル薄膜を染色することで、着色可能で吸. 得た。得られたゲル薄膜に対して天然色素であ. 光度が高く吸収波長が幅広い膜が得られること. るタマネギの抽出液や合成色素のpH指示薬を. が報告されている。作製したゲル薄膜は、膜厚. 使用して染色を行った。得られた膜について吸. が薄く、十分な吸収を持つことから、色素増感. 収スペクトルを測定し、ゲル薄膜の吸収スペク. 型太陽電池の電極として使用すれば、膜の内部. トルと“Cなどの関係について検討を行った。ま. 抵抗が少なく、電力をより効率良く取り出すこ. た電気的な測定を行うため、ゲル薄膜を電極と. とができると期待される。また、様々な色素を. してセルを作製した。電解液はヨウ素、ヨウ化. 用いて染色可能であることから、色素を選択す. カリウム、溶媒にアセトニトリルに溶かし、蒸. ることで、光源にあわせた吸収を持っ膜が得ら. 発を防ぐた申にHPCを加えて調製した。染色. れることも期待でき、高効率の色素増感型太陽. したゲル薄膜を電極とし、対極としてITOガ. 電池を作製できるのではないかと考えた。. ラスの上に金箔を置き、電極間にシリコンゴムのスペーサーを挟み、電解液を注入しセルを作. 一402一.

(2) 製した。得られたセルについて“Cと電流・電. ことによって薄膜中に含まれるTi02量が多くな. 圧特性（I−V特性）を測定した。また、比較のた. ったことによるものだと考えられる。. めチタンペースト状酸化チタンを用いた膜で. 各色素で染色した膜を比較すると怖Cが最も. もセルを作製し、同様の測定を行った。. 大きかったのは、ブロモフェノールブルーにより. 染色した場合で、172．5mVとなった。このゲル. 3 結果と考察. 薄膜は400nm∼530nmに幅広く大きな吸収を持. ゲル薄膜の膜厚を増加させるため、HPCの添. つ。また、開放端電圧が1OOmVを超えた色素の. 加量を変えたところ、焼成温度150℃∼250℃で. 吸収は400nm∼530nmにあった。これは光源で. はHPC添加量に伴い吸収が大きくなった。また. ある. 焼成温度300℃∼400℃ではHPC添加量を増加. MEGALIGHT100の光強度の分布と色素の吸収. してもほとんど吸収は増加していないことがわ. ピークが一致したことによるものと考えられる。. かった。これは焼成温度300℃では添加したHlPC. 本研究で得られたゲル薄膜は、染色に用いる色素. が熱分解されたためHPCへ染着していた分の吸. を光源の強度の大きい波長に合わせて選択する. 収が見られなくなったためであると考えられる。. ことで、様々な環境下で有効に働く色素増感型太. また350℃以上では吸収がさらに減少したが、こ. 陽電池に応用できることがわかった。. れは焼成温度が高くなることでHPCの熱分解が. さらに色素増感型太陽電池の特性を評価する. さらに進み、ゲル薄膜の焼結も進んだため染色に. ため、ゲル膜を用いたセルについてI−V特性を測. よりT102に配位する色素量が減少したためと考. 定した。その結果、有機高分子含有ゲル薄膜で作. えられる。. 製したセルは、酸化チタンペースト膜で作製した. 以上の結果から、Ti（0−i−Pr）4の添加量をモル比. セルよりも恥C、短絡電流（ISC）が大きくなり、よ. 2倍、HPC添加量を質量比4倍とし、150℃にて. り大きな電力が得られることがわかった。15ぴ℃. 焼成後、染色するという条件で最も吸収が大きく. で焼成したゲル薄膜には、多くの細孔があり表面. なった。得られた膜をS皿Mにて観察したところ、. 積が大きいため、より多くの色素が酸化チタンに. 染色前後共に均一な膜薄膜が得られていること. 配位したこと、またゲル薄膜の膜厚がべ一スト状. が確認できた。またSEM像から見積もった染色. チタン膜に比べて薄いと考えられるので、ゲル薄. 前の膜厚は12．98μm、染色後の膜厚は6．34μm. 膜の内部抵抗が小さいことから、ゲル薄膜のほう. となった。この減少量が非常に大きいことから、. が大きな電力を示したものと考えられる。. 染色時80℃の温水により、ゲル薄膜の綴密化がおきたものと考えられる。. 作製条件によるv児の違いを検討した結果、. 主任指導員尾關徹. Ti（0一冊r）4の添加量をモル比2倍、HPC添加量. 指導教員小和田善之. を質量比4倍とし、150℃にて焼成し、作製したセルが恥Cは大きくなることが分かった。この条. 件はゲル薄膜の吸収が大きくなるものであることから、v㏄の増加はゲル薄膜の膜厚が厚くなる. 一403一.

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