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色素増感太陽電池の
科学実験教室
福井工業大学 工学部
環境生命化学科
城田 教授
田中 教授
原 准教授
梅田 助手
地域貢献活動
地域貢献活動
HIKARIの世界：小ネタ集
• マジックペン・フォトクロペン・偏光板・回折格子
ナノ蛍光材料を用いた実験
• 混ぜて白色光を作ろう（色や光の三原色）
色素増感太陽電池
• －プロペラの回転数バトルー
FUT科学実験キャラバン隊
• どんぶりを浮かせたり・液体窒素で凍らせたり
ダイラタンシー
• 液体の上を歩こう
世界で一つだけのとんぼ玉
• ガラス細工体験ー
年
間環
境
千生
名命
の
以イ
上ベ
ン
のト
参
参加
加者
者
今日のメニュー
地域貢献での内容の紹介
色素増感太陽電池とは？
色素増感太陽電池の作製＆見学
質問タイム
地域貢献での内容の紹介
太陽電池（光）を
５歳から60代まで
出前講義している例
はじめに
紫外線で、○○を光らせる。
身近な例
• 布ガムテープが光る
• 氷砂糖が光る
色を変える。
マジックペンの秘密
偏光板実験
袋から黒いフィ
ルムを1枚とり
だす。
偏光板を
通して、先生を
みる
回転して、見え
るようにしてね。
見えますか？
8
マジックフィルムのひみつ
回折格子の実験
袋から透明フィ
ルムをとりだす。
フィルムを
通してみる
いろいろな照
明を見てね。
何が見えます
か？
太陽光の分光
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』
光の三原色
Ｒ
Ｇ
Ｂ
12
赤色のフィルムをかざすと
何色が残るでしょう。(何色でもよい)
R
G
B
Red
Green
Blue
マジックフィルムのひみつ
R
G
B
Red
Green
Blue
マジックフィルムのひみつ
青色光の
透過
透過する光
吸収
緑色光の
透過
赤色光
透過
生かされているところ
TV
照明
ディスプレイ
メモリ
次世代型太陽電池の現状
次世代結晶シリコン太陽電池 18％
• 効率化（追尾型）・省原料化（薄膜化）・新原料開発（新プロセス）
薄膜シリコン太陽電池 15％
• 高効率化（光閉じ込め）・生産性向上（多数枚処理）・多様化（シースルー型）
薄膜化合物型太陽電池 19％
• CdTe材料：コスト安で、欧米で盛であるが、日本では公害の問題で不透明
集光型太陽電池 39％
• InGaP/InGaAs/Ge 3接合太陽電池 「GeやGa」がコスト高
大同メタル
http://www.aibsc.jp/ASJ/business/kagaku/200404-00260.HTM
有機系太陽電池 11％
• 色素増感太陽電池 20年の歴史
• 有機薄膜太陽電池 C60誘導体を用いた約6％が実現 ← FUTでも研究中
無機の太陽電池（シリコン）
www.greenfund.co.jp/equipment1.html
www.kigyoukyoku-tokushima.jp/ps_soukan.html
http://www1.infoc.nedo.go.jp/kaisetsu/egy/ey05/ey05_p.html
有機太陽電池
今までの太陽電池とは違う!!
www.greenfund.co.jp/equipment1.html
www.kigyoukyoku-tokushima.jp/ps_soukan.html
http://www1.infoc.nedo.go.jp/kaisetsu/egy/ey05/ey05_p.html
有機太陽電池
今までの太陽電池とは違う!!
http://www.kasaya.com/beach/parasol.htm
色素増感太陽電池の歴史
湿式の太陽電池
• 酸化物半導体+可視光を吸収する色素分子+レドックスイオンを含
む電解液を用いて発電
歴史
• 1970年代 研究行われている
• 1991年 Gratzel(スイス)変換効率 7％ これを機会に盛んに!!
• 現在 変換効率 11％以上
• 固体化へ（変換効率 5％程度）
期待
• 真空プロセスを必要とせず、低コストで期待!!
• 透明な太陽電池（シースルー）、カラフル
アイシン精機（株）
http://www.aisin.co.jp/news/d00139.html
色素増感太陽電池とは？
シリコン太陽電池に比べて、材料が安価＆製法も容易
発電のメカニズムが植物の行う光合成の原理に似ている
構造はガラスに導電膜をつけた導電性ガラス板を２枚。
ガラス板の導電面には、TiO2をコーティング
太陽光を吸収させるために色素を吸着
TiO2のコーティングは表面積を大きくし、色素吸着のため多孔質状態
１枚のガラス板の導電面には白金を蒸着
二枚のガラス板の間に電解液（ヨウ素溶液など）を封入。
作製方法
作製方法
色素増感太陽電池の色々な色素
フィトクロリン
Phytochlorin
クルクミン
Curcumin
アントシアニジン
Anthocyanidine
ルテニウム
N3色素
TiO2+色素
導電性ガラス・プラスチック（負極）
白金または黒鉛
導電性ガラス
・プラスチック（正極）
21世紀は光の時代
太陽電池
レーザー光
医療
光通信
有機EL
プラスチッ
ク太陽電池
光メモリー
あかり
建築
ビル内野菜
栽培（LED）
御清聴ありがとうございました
では実際に、
作製してみてください。
パワーポイントのデータは
http://www.haralab.com/
にて公開中
福井工業大学 環境生命化学科
Ru(Ⅱ)錯体
(N3色素)
cis-di(thiocyanato)-bis(2,2’-bipyridyl4,4’-dicarboxylic acid)-ruthenium(Ⅱ)
H
OH
Cl
+
O
HO
H
OH
OH
ハイビスカス 赤色色素
(Anthocyanidine)
配糖体として存在
AMについて
大気の厚さ
AM1.5(入射角４２度)
地表面
太陽
AM0(大気圏外の太陽光スペクトルはエアマス0)
AM1(太陽光が垂直に入射する時のエアマス)
36
2
-2
Current Density(mA cm )
TPD /C60系光電変換素子のJ-V特性
1
Voc
0
-1
Jsc
-2
0.0
in the dark
under AM 1.5 illumination at 100 mW cm -2
0.2
0.4
0.6
Voltage(V)
ITO/PEDOT:PSS/TPD(50 nm)/C60(50 nm)/LiF(0.1 nm)/Al(150 nm)素子
37
性能評価
光電流密度 J [mA cm-2]
電圧V [V]
Vmax
Voc
Voc ：開放端電圧 [V]
(open-circuit voltage)
0
Jsc
：短絡光電流密度 [mA cm-2]
(short-circuit current density )
Pmax：最適動作点
(maximum power point)
Jmax
Pmax
Vmax：最適動作電圧 [V]
Jmax ：最適動作光電流密度 [mA cm-2]
Jsc
I0:入射光強度＝100 [mW cm-2]
曲線因子 (Fill Factor)
変換効率
η (％) =
FF =
Jsc×Voc×FF
I0
Vmax×Jmax
Voc×Jsc
×100 =
Vmax×Jmax
I0
×100
質問タイム