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助成番号 １４００２７
研 究 成 果 報 告 書（国立情報学研究所の民間助成研究成果概要データベース・登録原稿）
研究テーマ（和文） ＡＢ

増感型太陽電池の再結合を調べる顕微分光分析法

研究テーマ（欧文） ＡＺ

Novel microscopic technique for investigation of electron recombination insensitized solar cells

研究氏
代表名者姓） カタヤマ

ｶﾀｶﾅ ＣＣ名） ケンジ

研究期間 Ｂ

２０１４ ～ ２０１６ 年

漢字 ＣＢ

片山建二

報告年度 ＹR

２０１６ 年

ﾛｰﾏ字 ＣＺ

KATAYAMAKenji

研究機関名

中央大学

研究代表者 ＣＤ
所属機関・職名

中央大学 理工学部・ 教授

概要 ＥＡ (600 字～800 字程度にまとめてください。)
次世代の太陽電池として注目されている増感型太陽電池(SSC)は、色素を増感剤に用いたタイプ（DSSC）と、量子ドットを増感剤に用いたタイプ（QDSSC）が主流になっている。近年開発されてきた性能のよい SSC の電子ロスの主要な原因は、半導体内に注入された電子が、酸化還元対（電子／電解質再結合）もしくは増感剤（電子／増感剤再結合）に逆戻りして再結合することによる。この 2 つの過程が、主要な電池効率向上の現状のボトルネックとなっている。我々は、独自に開発した過渡格子（TG）法によって、DSSC や QDSSC の電子／電解質再結合過程を選択的に観測できること、また、イオン種が界面電荷の一時的安定化をもたらして、注入電子を安定化していることを見出した。過渡吸収（TA）法で適切な波長を選択すれば、半導体中の電子密度の変化や過渡的に生成した増感剤カチオンの失活をモニターすることができる。したがって、これらの方法を組み合わせれば、電子／電解質再結合、電子／増感剤再結合を観測することが可能になり、電池効率を向上させるための分析手法となりうるのではないかと考えて、TG／TA 複合化分析手法の開発を行った。これにより、再結合プロセスを理解しつつ、太陽電池組成を最適化する方法を開発した。この方法を用いて、コバルトレドックスにおける太陽電池効率向上の方法の提案、ペロブスカイト型太陽電池の再結合プロセスの理解、有機色素におけるアルキル鎖による再結合の抑制、量子ドット増感太陽電池におけるパッシベーションの役割などを明らかにすることに成功した。現在は、これらの知見を基に、再結合箇所の二次元マッピングを可能とする顕微分光手法の開発を行っており、初期的なデータがえられつつある。今後、本顕微分光測定法が開発されることで、太陽電池材料の最適化が容易になり、材料開発の進展が期待できる。

キーワード ＦＡ

増感型太陽電池

再結合過渡格子法（以下は記入しないでください。）
助成財団ｺｰﾄﾞ ＴＡ

研究課題番号 ＡＡ

研究機関番号 ＡＣ

シート番号- 1 -過渡吸収法

発表文献（この研究を発表した雑誌・図書について記入してください。）
論文標題ＧＢ
雑ＧＡ
誌 著者名

ページ ＧＦ

2047～2057

雑誌名 ＧＣJ. Phys. Chem. C

発行年 ＧＥ

2016

巻号 ＧＤ

120(4)

Uncovering the charge transfer and recombination mechanism in ZnS-coated PbS quantum
dot sensitized solar cells

著者名 ＧＡ

Chang らページ ＧＦ
論文標題ＧＢ
雑ＧＡ
誌 著者名

ページ ＧＦ307～313

雑誌名 ＧＣ

Solar Energy

発行年 ＧＥ

201

5

巻号 ＧＤ

122

Blocking Effect for Carrier Transfer to Triiodide in case of Alkyl Functionalized Dyes
in Dye Sensitized Solar Cell
小俣ら
1308～1311

雑誌名 ＧＣ

Bull. Chem. Soc. Jpn.

発行年 ＧＥ

201

5

巻号 ＧＤ

88

論文標題ＧＢ

Optical absorption, charge separation and recombination dynamics in Sn/Pb cocktail
perovskite solar cells and their relationships to photovoltaic performances

著者名 ＧＡ

Shen ら

雑誌

豊田ら

論文標題ＧＢ
雑誌

The Electronic Structure and Photoinduced Electron Transfer Rate of CdSe Quantum Dotson Single Crystal Rutile TiO2: Dependence on the Crystal Orientation of the Substrate

ページ ＧＦ
論文標題ＧＢ
雑ＧＡ
誌 著者名

ページ ＧＦ

9308-9316

雑誌名 ＧＣJ. Mater. Chem. A

発行年 ＨＤ

201

5

巻号 ＧＤ

3

The cause for the low efficiency of dye sensitized solar cells with the combinationof Ruthenium dyes and Cobalt redox
小俣ら
10170-10175

雑誌名 ＧＣ

Phys. Chem. Chem. Phys.

発行年 ＨＤ2015

巻号 ＧＤ

17

欧文概要 ＥＺ
We could successfully clarify what is the origin of the recombination processes in dye-sensitizedsolar cells. This was made by the transient absorption method with multiple appropriate wavelengths
and the newly developed transient grating method. From these techniques, we could distinguish therecombination processes due to the sensitizer or electrolyte in the liquid. We established themethodology to optimize the solar cells by minimizing the recombination processes.
We optimized various types of the solar cells by obtaining the information on the recombination;
Dye-sensitized solar cells with cobalt redox was improved in efficiency by the control of the interaction
between ruthenium dyes and cobalt redox; Perovskite solar cells were optimized by control of the energy
levels of the perovskite layer; Dye-sensitized solar cells using organic dyes were improved in efficiency
by applying a long alkyl-chain in the dye; Quantum-dot sensitized solar cells were improved by apassivation, reducing the recombination processes; A dependence on the crystal surface was clarified
by using the model system of the dye-sensitized solar cells, using a single crystalline titanium oxide.
There results indicate that the reduction of the recombination process plays a crucial role for
improvement of the sensitized-solar cells.

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