太陽電池の一種である色素増感太陽電池の研究を行っています。新しい素材を開発し、応用することによって特性の向上をめざしています。

応用化学科　竹本 稔 教授

クリーンエネルギーの1つである太陽電池にはさまざまな種類があります。現在広く普及しているシリコン系太陽電池と比較して、ここで紹介する色素増感太陽電池は、低コストで製造できる曇りの日でも発電能力が低下しにくい太陽光の入射角度によらず安定して発電できるフレキシブルな製品を製造できるカラフルな製品を製造できるなどさまざまなメリットがあり、実用化を目指し、現在世界中で活発に研究・開発が行われています。

色素増感太陽電池の模式図を図1に示します。光電極、対極、そして両者の間に電解液を満たした構造となっています。さまざまな素材の組み合わせによって構成される太陽電池です。このため性能の向上には、それぞれの構成部材にどのような素材を応用するかが鍵となります。例えば光電極を構成する部材の1つである半導体多孔質膜の素材には次のようなスペックが必要とされます。

透明であること色素から電子を受け取ることができ、透明導電膜へ渡すことができること良質な結晶質であること数十ナノメートル（1億分の数メートル）の微粒子として合成できること

亜鉛イオンとスズ酸イオンを水溶液中で反応させて得られる物質を、さらに脱水することによって得られるスズ酸亜鉛（ZnSnO3）のナノ粒子に、私たちは注目しました。この物質は結晶質ではなく非晶質だったのですが、試しに半導体多孔質膜素材として色素増感太陽電池に応用してみました（図2）。するとその太陽電池は発電し、効率が約4%の性能を示すことがわかりました。これはまったく予想外のことでした。非晶質の素材を用いて発電に成功したのは、もしかしたら私たちが世界で初めてかもしれません。今後は合成方法などを改良し、効率をさらに向上させたいと考えています。

最後に、ご興味をもたれた方々のために下記の研究成果をご紹介します。

(1) T. Hirano and M. Takemoto, Trans. Mater. Res. Soc. Jpn 41(1), pp. 93-96 (2016).

https://doi.org/10.14723/tmrsj.41.93

(2) S. Hisatome and M. Takemoto, Electrochemistry 84(3), 130-132 (2016).

https://doi.org/10.5796/electrochemistry.84.130