新しい高効率色素増感太陽電池の開発 / プレスリリース 産総研

-----image(pop up ; ”図１”) & text : 産業技術総合研究所、2008年3月4日発表より

" ポイント
タンデム型色素増感太陽電池として変換効率11%を実現。
極めて透明かつ起電力の高い酸化チタン電極の作製に成功。
低コストで、飛躍的に効率を向上させるための基礎技術を確立。
概要
　独立行政法人 産業技術総合研究所【理事長 吉川 弘之】（以下「産総研」という）エネルギー技術研究部門【研究部門長 大和田野 芳郎】太陽光エネルギー変換グループ 杉原 秀樹 研究グループ長、佐山 和弘 主任研究員、柳田 真利 研究員らは、太陽光に対する光電変換効率が11.0%のタンデム型色素増感太陽電池を開発した。新しい色素増感太陽電池として従来の変換効率を超える値である。

　産総研では、飛躍的な性能向上のため、2種の色素増感太陽電池を重ね合わせ、上部の電池で可視光領域の光を吸収し、下部の電池で近赤外光から赤外光を吸収する、タンデム型色素増感太陽電池の開発を行った。タンデム型では上部の電池は可視光を吸収しつつ、近赤外光をロスなく透過させる必要がある。今回、タンデム型電池開発のため透明性が高く起電力の大きな酸化チタン電極の作製に成功し、タンデム型色素増感電池の上部の電池に用いることで、タンデム型電池の高効率化に成功した。

　タンデム型色素増感太陽電池は、通常の単セル型太陽電池より広範囲な波長の太陽光を有効に利用できることから、赤外光を吸収する新規増感色素の開発によって、単セル型を大幅にしのぐ光電変換効率の向上が期待される。

　本技術の詳細は、平成20年3月29～31日に甲府市で開催される電気化学会第75回大会で発表される。
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研究の内容

　2種類の色素増感太陽電池を図1のように組み合わせて構成したタンデム型太陽電池は、短い波長の光を利用して高い起電力（電圧）を発生する電池を上部に、長波長の光を利用して電圧は小さいが大きな電流を発生する電池を下部に配置することにより、太陽光に含まれるエネルギーを効果的に電気に変換できるメリットがある。

　上部の電池にレッドダイ（N719）、下部の電池にブラックダイ（N749）と呼ばれる増感色素を用いてタンデム構造の色素増感太陽電池を構成し、上部で短波長側の可視光エネルギーを、下部で長波長側の赤色光、近赤外光を電気エネルギーに変換させた。
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最高の効率を達成するには、電池を構成する材料全てに最も優れた技術を取り入れる必要がある。今回上部の電池用に極めて透明な酸化チタン電極を開発し、下部の電池では光閉じこめ効果を効果的に実現することで、従来報告されていたタンデム型色素増感太陽電池としてこれまでの光電変換効率の最高値を上回る11.0%を実現した（図3）。

-----image (pop up ;”図3”）

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今後の予定

　今回確立したタンデム型電池の光散乱と光吸収を制御する基礎技術をベースに、今後、高い効率を維持したまま、形状や製造プロセスの簡略化とさらなる低コスト化を図り、実用化を目指していく。

　また、現在は単セル型電池用に最適化された色素を用いているが、タンデム型電池に最適な色素を開発することで効率は大幅に改善できると期待している。具体的には、長波長側の光を効率よく利用する新規増感色素の開発を進めることにより、下部の電池特性をさらに向上させることでトータルの光電変換効率の画期的な向上を実現する。

　また、極めて透明な酸化チタン電極と透明対極を用いた色素増感太陽電池は、見た目が美しく、ステンドグラスやインテリアなどにも応用が期待できる。
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参考エントリー
・大面積・高性能プラスチック太陽電池素子開発に成功 / プレスリリース 昭和電工大面積・高性能プラスチック太陽電池素子開発に成功 / プレスリリース 昭和電工-----ソフトエネルギー、2008/02/27

コメント
　前にも書いたかもしれない、太陽電池の研究者の何人かに、色素増感太陽電池の今後の見通しはと聞いてみている。機会があれば、他の次世代と言われるもについても話を聞いているのだが、、、、
　色素増感。どうですか？　ある人には、「太陽電池に何年太陽の光の下で実際に働いてほしいですか？」と逆に聞き返されました。こちらの答え、製品の寿命としては、２０年。実際には、塩害などの場合をのぞけば、もっと３０年から５０年。住宅の寿命に期待するのと同じくらいは見込みたいと答えました。それならと、彼、「それなら実用化までには、時間がかかります」とのことでした。退色しない色素はない。たぶん彼はそういいたかったのだと思います。衣類の染色も過酷な紫外線、日光下では特殊な染料をのぞいて退色してしまいます。日光堅牢度といいます。
　藍などは、下染めが工夫されていれば、かなり日光堅牢度の高い色です。それでも、長年の間には、繊維がいたみ、色が褪せていきます。
　色素太陽電池にもそうしたことがいえるということなのでしょうか？　発電効率の向上の先には、、、しかし、例えば、１０年10％以上の効率で発電してくれる、安価な太陽電池ができたなら、それなら割り切って使うこともできる。そんなことも考えました。色素増感太陽電池、おおいに期待しています。是非、さまざまな問題点を克服し、いままででは考えられなかった場所、用途で利用できる太陽電池として、一日でも早く市場に登場してほしいと思います。待ってるよー(t_t)

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