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色素増感太陽電池のモジュール化・材料開発・評価技術    
[コードNo.10STA053]

■監修/ 瀬川浩司(東京大学)、内田聡(東京大学)
■体裁/ B5判上製本 330ページ
■発行/ 2010年 4月 23日 技術教育出版有限会社
■定価/ 64,800円(税込価格)
■ISBNコード/ 978-4-903413-86-0
 
★実用化に向け再び注目を集めるDSSCの最先端技術

書籍趣旨

 シリコン系太陽電池に比べCO2ペイバックタイムも短く環境負荷の低いプロセスでの製造が可能で、素材の多様性もある有機系太陽電池は大きな魅力を秘めている。なかでも色素増感太陽電池の研究開発は着実に進んでおり、デザインを重視したインテリアになる太陽電池や、屋外用高耐久性モジュールも作成されている。その性能は、サブモジュールの光電変換効率では8.4%、屋外耐久性は加速試験で15年以上を達成するなど、日本の研究グループが優れた成果を出している。また、有機系太陽電池は、原理的には低コストで大量生産が可能であり、既存の太陽電池の生産量とわが国の導入目標の大きなギャップをうまく埋める可能性を持つ。
 一方、有機系太陽電池の本格的実用化に向けては、光電変換効率や耐久性などをさらに改善する必要があり、可視から近赤外領域に吸収を示す素材開発、高移動度電荷輸送材料の開発、電解質の固体化、高耐久性太陽電池作成技術の確立など、課題が多く残っている。本書は、これらの有機系太陽電池の中でも実用化が目前に見えてきた色素増感太陽電池に焦点をあて、材料開発・デバイス化・評価技術の最新情報を網羅的にまとめたものである。2010年から始まる新しい国家プロジェクト「最先端研究開発プログラム」の一つとして採択された「低炭素社会に資する有機系太陽電池の開発」のスタートに合わせて本書を上梓できることは幸いである。
(瀬川浩司 諸言より抜粋/一部変更)

著者

瀬川浩司東京大学
柳田祥三大阪大学
内田聡東京大学
三浦偉俊(株)ケミクレア
原浩二郎(独)産業技術総合研究所
高田昌和三菱製紙(株)
住岡孝一三菱製紙(株)
杉原秀樹(独)産業技術総合研究所
齋藤勝裕名古屋市立大学
田中洋充(株)豊田中央研究所
加藤直彦(株)豊田中央研究所
樋口和夫(株)豊田中央研究所
豊田竜生アイシン精機(株)
瓦家正英御国色素(株)
森正悟信州大学
伊藤省吾兵庫県立大学
水野隆喜日揮触媒化成(株)
松井文雄(株)林原生物化学研究所
大高秀夫(株)林原生物化学研究所
早瀬修二九州工業大学
昆野昭則静岡大学
高岡和千代三菱製紙(株)
金子正治(株)SPD研究所
奥谷昌之静岡大学
岩岡啓明ジオマテック(株)
岩本伸司群馬大学
井上正志京都大学
井上照久日本化薬(株)
齊藤恭輝第一工業製薬(株)
村上健司静岡大学
三国博之(株)スリーボンド
諸岡正浩ソニー(株)
関口隆史パナソニック電工(株)
松井浩志(株)フジクラ
宮坂力桐蔭横浜大学
手島健次郎ペクセル・テクノロジーズ(株)
池上和志桐蔭横浜大学
佐々木美帆大日本印刷(株)
鈴木栄二信州大学
猪狩真一(独)産業技術総合研究所
草野清一分光計器(株)
足立基齊同志社大学
廣瀬文彦山形大学
加藤隆二(独)産業技術総合研究所
宇佐美章(財)電力中央研究所

目次

緒言「色素増感太陽電池のモジュール化・材料開発・評価技術」の発刊にあたって

<第1編 色素増感型太陽電池開発・実用化の現状と展望>

第1章色素増感太陽電池開発の現状と動向
1ナノ結晶酸化チタン(nc-TiO2)の動向
2増感色素の動向
3DSCのへテロ界面の最適制御の動向
4I-/I3-電解質に関する動向
5非ヨウ素正孔輸送系の動向
第2章色素増感太陽電池の実用化動向
1色素増感太陽電池の最高効率
2色素増感太陽電池の耐久性
3色素増感太陽電池の開発動向

<第2編 色素増感型太陽電池の材料開発>

第1章有機系増感色素の最新技術(色素の分子設計)
1発色団の選択とエネルギーレベルの調整
2アンカー基の導入
3共役連結基の選択
4複数の発色団の併用
5立体効果(置換基の効果)
第2章クマリン系・カルバゾール系有機合成色素の最新技術
1クマリン系色素とカルバゾール系色素の分子構造
2太陽電池の光電変換特性
3クマリン系色素の会合体抑制による太陽電池の高効率化
4有機色素の分子構造による再結合抑制
5MK色素を用いた色素増感太陽電池の耐久性
第3章インドリン系有機色素の最新技術
1緒言およびチアジアゾール型メロシアニン色素
2インドリン系赤色色素
3インドリン系ダブルロダニン色素
4インドリン系トリプルロダニン色素
5インドリン系シアノ酢酸色素
6インドリン系ヘミシアニン色素
第4章ルテニウム錯体色素の最新技術(色素デザイン)
1太陽電池用増感色素としての金属錯体のデザイン
2励起状態のエネルギーレベルの制御
2.1基底状態のエネルギーレベルの制御
2.2大きな吸光係数をもつ色素
第5章赤色ルテニウム錯体色素の最新技術
1色素増感太陽電池における錯体色素の役割
2錯体の電子状態
2.1原子の電子配置
2.2錯体のd軌道エネルギー
3ルテニウム錯体の合成
4ルテニウム錯体の性質
第6章色素増感型太陽電池用色素の耐久性
1Ru錯体の耐久性
2有機色素の耐久性
第7章色素増感太陽電池における酸化チタン粒子特性とセル性能
1酸化チタン粒子の基本特性
2酸化チタン粒子特性とセル性能
第8章酸化チタン電極におけるTICl4処理
1目的と効果
2方法
3機構
4まとめ
第9章酸化チタンペーストの高効率化
1光散乱粒子による変換効率の向上
2高効率TiO2電極の作製
2.1ペースト作製
2.2コーティング
3TiO2電極の膜厚依存性
4ナノ粒子の粒径変化と添加剤量によるメソ孔径制御
5フレキシブルDSC
6P25を使用した高効率DSC
第10章酸化チタンペーストによる光散乱制御技術
1光散乱制御技術を用いた色素増感太陽電池の構造
2光散乱用酸化チタン材料の特性
3二層構造酸化チタン半導体膜
3.1二層構造酸化チタン半導体膜の製造法
3.2光散乱制御を行ったI-V特性
第11章イオン液体電解質最新技術
1評価セルの構成
2イオン液体電解質の欠点
3キャリア濃度を増加させる改良法
4イオンの拡散距離の縮小による改良
5イオン液体電解質の粘度低減による改良
6DSC周囲温度(動作温度)と電解質粘度
第12章固体色素増感太陽電池
1発電機構
2有機ホール輸送層を用いた固体DSSC
3無機ホール輸送材料を用いた固体DSSC
4擬固体DSSC
第13章ヨウ化銅全固体化電解質最新技術
1ヨウ化銅をp-型半導体層とする固体型色素増感太陽電池
2CuI固体型色素増感太陽電池の作製手順
3有機色素を用いる固体型色素増感太陽電池
4クリーンプリント法を用いた酸化チタン電極の作製と固体型色素増感太陽電池への最適化
第14章低分子全固体化電解質最新技術
1電荷輸送剤について
2sprio-OMeTADについて
3spiro-OMeTAD以外について
4固体型有機太陽電池
5簡単なss-DSSC
6高性能全固体を目指して
第15章SPDにより作製した透明導電膜(FTO)
1SPDによる薄膜形成
2フッ素ドープ酸化スズ透明導電膜(FTO)の形成
3FTOの面積拡大
第16章透明導電性ガラスのヘイズ率制御による色素増感太陽電池の高効率化
1透明導電膜
2色素増感太陽電池用の透明導電性ガラスの条件
3SPD法によるFTO透明導電膜の表面形態制御
4集光膜の導入による透明導電ガラスのヘイズ率の制御
第17章電極基盤最新技術(ATO/ITO)
1色素増感太陽電池用透明電極に求められる性能
2各種透明導電膜の特徴および性能比較
2.1導電性(シート抵抗)
2.2透明性(透過率)
2.3耐熱性
2.4耐薬品性
3ITO/ATO積層膜の特性
3.1作製方法
3.2積層膜の耐熱性、耐薬品性
3.3構造および表面形状
3.4シート抵抗および光透過率のバリエーション
3.5耐熱性の向上
3.6大型基板
第18章電極基板最新技術 −Mg修飾チタニア−
1ソルボサーマル法によるMg修飾チタニアの合成と物性測定
2Mg修飾チタニアを電極に用いたDSSCの光電変換特性
第19章対極触媒材料(導電性高分子)
1対極触媒材料について
2EDOT-PTS対極特性評価
2.1導電性高分子触媒対極の触媒性能
2.2導電性高分子触媒対極の耐久性
2.3導電性高分子対極の実用性について
第20章対極(Pt)
1積層型対向電極
2白金層の形成法
2.1スプレー熱分解堆積法
2.2アークプラズマ堆積法
3白金層と太陽電池発電性能
3.1色素増感太陽電池の作製
3.2太陽電池発電性能
第21章シール剤(光硬化型)
1シール・接着の基礎
1.1漏れの種類
1.2破壊漏洩の防止
1.3界面漏洩の抑制
1.4浸透漏洩の抑制
2DSC用シール剤
2.1接着剤、シール剤の分類
2.2光硬化性シール剤
2.3使用上の注意点
3DSC用シール材の特性
3.1耐電解液性
3.2水分バリア性、電解液バリア性

<第3編 色素増感太陽電池のデバイス・モジュール化技術>

第1章色素増感太陽電池モジュールの高効率化と各種環境下での発電特性
1色素増感太陽電池の研究開発動向
2高効率色素増感太陽電池モジュール
2.1Z型モジュール
2.2協奏効果
2.3I-V特性
3各種環境下におけるセル特性
3.1光量とセル特性
3.2光源とセル特性
3.3温度とセル特性
4自律型照明 ”Hana-Akari”
第2章室内用途向け色素増感太陽電池の耐久性向上
1色素増感太陽電池
1.1発電原理
1.2作製方法
1.3評価
2劣化機構の解明
2.1外部環境因子の特定
2.2劣化部材の特定
2.3劣化形態の特定
2.4劣化機構のまとめ
3耐久性向上および寿命評価
3.1劣化改善
3.2寿命評価
第3章ガラスモジュール(屋外耐久試験)−アイシン精機・豊田中研の取り組みを中心に−
1DSCモジュールの屋外での耐久性
2DSCモジュールの屋外作動試験の劣化解析
3DSCの実用化を目指した動き
第4章ガラス基板型モジュールの開発状況
1DSCの大面積化
2集電配線型DSC
3耐久性の向上
4耐久試験
第5章プラスチックセル創製技術 −高効率化と高耐久化−
1プラスチック化、低コスト化開発に有力な色素増感太陽電池
2プラスチック色素増感太陽電池の製作
3低抵抗プラスチック透明導電基板の開発
4集積型モジュールの製作
5耐久性
第6章転写法によるプラスチックセル創製技術
1転写法による色素増感太陽電池の開発
2転写法による色素増感太陽電池の作製
2.1耐熱基板からTiO2層を良好に剥離する
2.2TiO2層上への透明導電層の形成
2.3プラスチック基板と透明導電層の接着
3転写法で作製した色素増感太陽電池の性能
4転写法で作製した色素増感太陽電池の耐久性
第7章タンデム型セル創製最新技術 −対極発電を中心に−
1n/pタンデム色素太陽電池の概要
2p型色素増感太陽電池
3p型半導体電極
4電解液
5色素
6n/pタンデム電池の現状
第8章タンデム、ハイブリッド太陽電池
1色素増感太陽電池の現状
2一電極型ハイブリッド型色素増感太陽電池
3二電極型タンデム、ハイブリッド色素増感太陽電池
第9章タンデム型セル最新技術 −二層構造を中心に−
第10章出力安定化が可能な蓄電機能つき太陽電池

<第4編 色素増感型太陽電池の評価技術>

第1章太陽電池評価用光源と出力特性評価方法
1基準太陽光とソーラシミュレータの国際規格の改正
2基準太陽電池
3擬似基準太陽電池
4ソーラシミュレータ
5色素増感太陽電池セル出力測定方法について
第2章分光感度測定による色素増感型太陽電池の評価
1分光感度測定法
1.1分光感度およびIPCE計算式
1.2太陽電池の分光感度測定法
1.3単色光量の測定と校正
1.4測定上の留意点
2分光感度測定システムの構成
2.1定エネルギー・定フォトン制御方式の説明
3スペクトル測定例
4内部量子効率
5多接合太陽電池の評価
6DSC評価装置
6.1色素増感太陽電池の特徴
6.2色素増感太陽電池評価装置の特徴
第3章EIS測定 インピーダンス解析
1インピーダンス法とは
2色素増感太陽電池へのインピーダンス法の適用
3インピーダンス式(6)式の特性
4電子移動に関わる諸定数の決定方法
5いくつかの条件下での電子移動に関わる諸定数の決定
第4章赤外吸収分光評価
1多重内部反射赤外吸収分光
2酸化チタン上色素の吸着状態の観察とプロセス改善事例
3色素界面の発電中のその場観察事例
第5章時間分解分光による色素増感太陽電池の評価
1色素増感太陽電池の反応素過程
2過渡吸収分光の原理
3測定の実際
第6章過渡電流・電圧応答測定による色素増感太陽電池の評価
1電子拡散係数と電子寿命
2測定法の原理
3測定の注意点と確認の方法
4電子移動の機構、測定例、解釈の方法
第7章計算機シミュレーション
1色素増感太陽電池におけるシミュレーションの概要
2輸送方程式
3光学特性
4発電量



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