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溶質

【技術分類】

５−Ａ  液体電解質系

【技術の名称】

５−Ａ−１−ｂ  溶質

【技術内容】

非水溶液中における色素増感ナノ結晶TiO2電極とI3-/I-イオン対との間の電荷移動について検討している。増感剤として、RuL2(NCS)2(L=2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxlic acid)を使用している。   SnO2/TiO2界面の電圧降下、SnO2とTiO2電極内部の抵抗損失とPt対向電極表面のレドックス反応について考察している。色素塗布TiO2電極表面を各種ピリジン誘導体で処理することによって、開放電圧Voc(0.57V→0.73V)とエネルギー変換効率(5.8→7.5％)とが大幅に改善する。

【図】

図１  LiI(0.3M) and I2(30mM)を含むCH3CN/NMO(50:50wt%)溶液におけるピリジン誘導体処理[RuL2(NCS)2]塗布ナノ結晶TiO2電極の「Jvc vs radiant power」「Voc vs ln(radiant power)」

出典：「Charge Recombination in Dye-Sensitized Nanocrystalline TiO2 Solar Cells.」、「Journal of Physical Chemistry B  VOL.101」、（1997年）、Huang, S. Y.、Schlichthoerl, G.、Nozik, A. J.、Graetzel, M.、Frank, A. J.著、American Chemical Society発行、2580頁  Figure４  (a) Jsc vs radiant power and (b) Voc vs ln(radiant power) plots for untreated pyridine derivative-treated [RuL2(NCS)2]-coated nanocrystalline TiO2 electrodes in CH3CN/NMO(50:50wt%)containing LiI(0.3M) and I2(30mM).  Reprinted with permission from American Chemical Society.

図１の説明：LiI(0.3M) and I2(30mM)を含むCH3CN/NMO(50:50wt%)溶液におけるピリジン誘導体処理[RuL2(NCS)2]塗布ナノ結晶TiO2電極と未処理品とにおける「Jvc vs radiant power」「Voc vs ln(radiant power)」の関係を図示した。同表面処理によって、開放電圧が大幅に向上している。   PVP=poly(2-vinylpyridine) TBP=4-tert-butylpyridine VP=2-vinylpyridine

図２  CH3CN/NMO(50:50wt%)中の[RuL2(NCS)2]-coated ナノ結晶TiO2電極のJsc, Voc, FF, η(%)に与えるln[I3-]の影響

出典：「Charge Recombination in Dye-Sensitized Nanocrystalline TiO2 Solar Cells.」、「Journal of Physical Chemistry B  VOL.101」、（1997年）、Huang, S. Y.、Schlichthoerl, G.、Nozik, A. J.、Graetzel, M.、Frank, A. J.著、American Chemical Society発行、2581頁  Figure６  Dependence of Jsc, Voc, FF, and η(%) on ln[I3-] at different radiant power for [RuL2(NCS)2]-coated nanocrystalline TiO2 electrodes in CH3CN/NMO(50:50%).  Reprinted with permission from American Chemical Society.

図２の説明：CH3CN/NMO(50:50wt%)中の[RuL2(NCS)2]-coated ナノ結晶TiO2電極における Jsc, Voc, FF, η(%)に与えるln[I3-]の影響を示した。   ln[I3-]の増大に伴い、短絡電流(Jsc)とフィルファクター(FF)は増大し、開放電圧(Voc)は減少した。

【出典／参考資料】

「Charge Recombination in Dye-Sensitized Nanocrystalline TiO2 Solar Cells.」、「Journal of Physical Chemistry B  VOL.101」、（1997年）、Huang, S. Y.、Schlichthoerl, G.、Nozik, A. J.、Graetzel, M.、Frank, A. J.著、American Chemical Society発行、2576頁〜2582頁   「Investigation of influence of redox species on the interfacial energetics of a dye-sensitized nanoporous TiO2 solar cell.」、「Solar Energy Materials and Solar Cells  VOL.55」、（1998年）、Liu, Yao、Hagfeldt, Anders、Xiao, Xu-Rui、Lindquist, Sten-Eric著、Elsevier B.V.発行、267頁〜281頁   「A channel flow cell system specifically designed to test the efficiency of redox shuttles in dye sensitized solar cells.」、「Solar Energy Materials and Solar Cells  VOL.70」、（2001年）、Wolfbauer, G.、Bond, A. M.、Eklund, J. C.、MacFarlane, D. R.著、Elsevier B.V.発行、85頁〜101頁   「色素吸着TiO2電極のヨウ化銅溶液中における電気化学的挙動」、「電気化学会平成15年度秋季大会要旨集」、（2003年）、深澤匠、昆野昭則、藤波達雄著、電気化学会発行、277頁

【技術分類】

５−Ａ  液体電解質系

【技術の名称】

５−Ａ−１−ｂ  溶質

【技術内容】

空孔率55％のTiO2薄膜におけるアセトニトリル中のI3-イオンの25℃におけるイオンの見掛け拡散係数(Dapp)は1/3.4×10-6cm2で、同一温度における自由拡散速度よりも小さい。見掛け拡散係数Dappの温度係数を0-30℃で測定した。拡散の活性化エネルギーは13.5kJ/molである。

【図】

図１  アクリロニトリル中I3-の拡散係数(D)と溶媒粘度との関係

出典：「The obstructed diffusion of the I3- ion in mesoscopic TiO2 membranes」、「Solar Energy Materials and Solar Cells  VOL.51」、（1998年）、Zerihun Kebede、Sten-Eric Lindquist著、Elsevier B.V.発行、298頁  Fig.４  Apparent diffusion coefficient, D, of I3- in ACN against the reciprocal of viscosity of the solvent.  Reprinted with permission from Elsevier.

図１の説明：アクリロニトリル中I3-の拡散係数(D)と溶媒粘度との関係を示す。   関係式は以下の通りである。   D=(kT/６πa)/η・・・D; 拡散係数、k; ボルツマン定数、T; 絶対温度、a; 溶質粒子(球)の直径、η; 溶媒の粘度

図２  アクリロニトリル中I3-の拡散係数(D)と絶対温度との関係

出典：「The obstructed diffusion of the I3- ion in mesoscopic TiO2 membranes」、「Solar Energy Materials and Solar Cells  VOL.51」、（1998年）、Zerihun Kebede、Sten-Eric Lindquist著、Elsevier B.V.発行、298頁  Fig.５  Apparent diffusion coefficient, D, of I3- in ACN versus the reciprocal of absolute temperature.  Reprinted with permission from Elsevier.

図２の説明：アクリロニトリル中I3-の拡散係数(D)と絶対温度との関係を示す。   関係式は以下の通りである。拡散の活性化エネルギーは13.5KJ／mol.と総体的に小さく、これはアクリロニトリルの粘度が温度上昇の影響を殆ど受けないことを示す。   D=D0exp[-Ea/RT]・・・D; 拡散係数、D0; 0°Kにおける拡散係数、Ea; 拡散の活性化エネルギー、T; 絶対温度

【出典／参考資料】

「The obstructed diffusion of the I3- ion in mesoscopic TiO2 membranes」、「Solar Energy Materials and Solar Cells  VOL.51」、（1998年）、Zerihun Kebede、Sten-Eric Lindquist著、Elsevier B.V.発行、291頁〜303頁   「Investigation of influence of redox species on the interfacial energetics of a dye-sensitized nanoporous TiO2 solar cell.」、「Solar Energy Materials and Solar Cells  VOL.55」、（1998年）、Liu, Yao、Hagfeldt, Anders、Xiao, Xu-Rui、Lindquist, Sten-Eric著、Elsevier B.V.発行、267頁〜281頁   「A channel flow cell system specifically designed to test the efficiency of redox shuttles in dye sensitized solar cells.」、「Solar Energy Materials and Solar Cells  VOL.70」、（2001年）、Wolfbauer, G.、Bond, A. M.、Eklund, J. C.、MacFarlane, D. R.著、Elsevier B.V.発行、85頁〜101頁   「色素吸着TiO2電極のヨウ化銅溶液中における電気化学的挙動」、「電気化学会平成15年度秋季大会要旨集」、（2003年）、深澤匠、昆野昭則、藤波達雄著、電気化学会発行、277頁

【技術分類】

５−Ａ  液体電解質系

【技術の名称】

５−Ａ−１−ｂ  溶質

【技術内容】

マーキュロクロム色素増感型ナノ結晶TiO2太陽電池の光電特性に与える電解質の影響をLiI、LiBr、沃化テトラアルキルアンモニウムを電解質に使用して測定した。短絡電流密度(Jsc)と開放電圧(Voc)は電解質の影響を強く受ける。LiI電解質で、Jsc =3.42mA/cm2、Voc =0.52V、PrNI電解質で、Jsc =2.10mA/cm2、Voc =0.86Vである。光電特性のこの差はTiO2電極の導電帯のエネルギーレベルの変化によるものである

【図】

図１  マーキュロクロム色素増感型ナノ結晶TiO2太陽電池の短絡電流密度(Jsc)と開放電圧(Voc)に与える電解質の影響

出典：「Influence of electrolytes on the photovoltaic performance of organic dye-sensitized nanocrystalline TiO2 solar cells.」、「Solar Energy Materials and Solar Cells  VOL.70」、（2001年）、Hara, K.、Horiguchi, T.、Kinoshita, T.、Sayama, K.、Arakawa, H.著、Elsevier B.V.発行、154頁  Fig.１  Dependence of Jsc and Voc of a mercurochrome-sensitized nanocrystalline TiO2 solar cell on electrolyte.  Reprinted with permission from Elsevier.

図１の説明：マーキュロクロム色素増感型ナノ結晶TiO2太陽電池の短絡電流密度(Jsc)と開放電圧(Voc)に与える電解質の影響を示す。照射光は84mW/cm2、電解質濃度は0.3mol/dm3アクリロニトリル溶液を用いた。

表１  LiI-I2 電解質を使用するマーキュロクロム色素増感型ナノ結晶TiO2太陽電池の光電特性に与える電解質の影響

出典：「Influence of electrolytes on the photovoltaic performance of organic dye-sensitized nanocrystalline TiO2 solar cells.」、「Solar Energy Materials and Solar Cells  VOL.70」、（2001年）、Hara, K.、Horiguchi, T.、Kinoshita, T.、Sayama, K.、Arakawa, H.著、Elsevier B.V.発行、158頁  Table１  Effect of electrolytes on the photovoltaic property of a mercurochrome-sensitized TiO2 solar cell with a LiI-I2 electrolyte.  Reprinted with permission from Elsevier.

表１の説明：マーキュロクロム色素増感型ナノ結晶TiO2太陽電池の電解質を変えて短絡電流密度(Jsc)、開放電圧(Voc)、フィルファクター、エネルギー効率(η)を求めた。

【出典／参考資料】

「Influence of electrolytes on the photovoltaic performance of organic dye-sensitized nanocrystalline TiO2 solar cells.」、「Solar Energy Materials and Solar Cells  VOL.70」、（2001年）、Hara, K.、Horiguchi, T.、Kinoshita, T.、Sayama, K.、Arakawa, H.著、Elsevier B.V.発行、151頁〜161頁   「Investigation of influence of redox species on the interfacial energetics of a dye-sensitized nanoporous TiO2 solar cell.」、「Solar Energy Materials and Solar Cells  VOL.55」、（1998年）、Liu, Yao、Hagfeldt, Anders、Xiao, Xu-Rui、Lindquist, Sten-Eric著、Elsevier B.V.発行、267頁〜281頁   「A channel flow cell system specifically designed to test the efficiency of redox shuttles in dye sensitized solar cells.」、「Solar Energy Materials and Solar Cells  VOL.70」、（2001年）、Wolfbauer, G.、Bond, A. M.、Eklund, J. C.、MacFarlane, D. R.著、Elsevier B.V.発行、85頁〜101頁   「色素吸着TiO2電極のヨウ化銅溶液中における電気化学的挙動」、「電気化学会平成15年度秋季大会要旨集」、（2003年）、深澤匠、昆野昭則、藤波達雄著、電気化学会発行、277頁

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