報告書番号

Q08019

タイトル（和文）

高効率色素増感太陽電池の製作要件

タイトル（英文）

Fabrication of dye-sensitized solar cells with a high energy conversion efficiency

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

標準的な構成である色素増感太陽電池(微粒子粒径20nm程度からなる酸化チタン微結晶単一層膜をN719色素で増感した構成)の製作を通じて、高効率な色素増感太陽電池の製作要件を検討した。具体的には、変換効率への影響因子を洗い出し、要点を以下に明らかにした。高い短絡電流密度を得るためには、電解液は極めて低い溶媒粘度を持つことが必要条件であることを示した。さらに、透明導電膜（FTO）負極/電解液間の接触面積の低減と金属による裏面光反射が、長波長光の量子効率改善に有効であることを明らかにした。次に、FTO抵抗の影響の低減が、高い曲線因子を得るために重要であることを確認した。具体的には、金属を用いた正負電極での集電方法の工夫などで、最高効率のセルに匹敵する高い曲線因子が得られることを示した。最後に、開放電圧は、水分と酸素を除去したアルゴン雰囲気中で製作した太陽電池に比べ、大気中で製作した太陽電池で16%程度増加した。これらにより、前記の標準構成の色素増感太陽電池としては高効率な8.6％を得た。

概要 （英文）

Requirements for attaining a high energy conversion efficiency in dye-sensitized solar cells (DSCs) of an N719(cis-bis(isothiocyanato)bis(2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylato)-ruthenium(II) bis-tetrabutylammonium)-sensitized single nanocrystalline TiO2 layer (nc-TiO2) were investigated. For high short-circuit current densities (Jscs), the electrolyte solvent has to be a low viscosity, like acetonitrile. Analyses of the incident photon-to-current conversion efficiency in moderate efficiency DSCs suggested that dependence of Jsc on the viscosity of the electrolyte stems from its light absorption. Decrease of the interface area between the electrolyte and the front transparent conductive oxide substrate (TCO), and light reflection on the bottom surface were also effectual measures for high Jscs. Applying these improvements, Jsc increased from 12mA/cm2 to 16mA/cm2. Using metal for the electrodes, the sheet resistance of the FTO, which accounts for the largest part of the series-internal resistance, decreased; this improved the fill factor. DSCs fabricated in a glovebox filled with an Ar gas had significantly low open-circuit voltages, compared to DSCs fabricated in the ambient air. As a result, energy conversion efficiencies have improved from 4.8% to 8.6%.

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