新規な蛍光性色素を用いた色素増感太陽電池の開発

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大山 陽介 

YOUSUKE OOYAMA

division.jpg工学研究院 物質化学工学部門 応用化学講座

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研究概要

研究の背景

光増感有機色素を吸着させた酸化チタン(TiO2)ナノ粒子電極を用いる色素増感太陽電池(DSSC)は、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する安価でクリーンな次世代太陽光発電システムとして注目されており、実用化を目指した熾烈な研究開発が国際的に行われている。DSSCの光電変換効率の飛躍的向上には、TiO2電極上に吸着した有機色素の分子配列・配向性を制御する技術の開発が鍵となる。

研究内容

本研究者は従来型D-π-A色素のカルボキシル基の低い電子注入能力を指摘し、電子求引性吸着基に「電子注入」機能を付与することが必要であると考え、TiO2との配位結合(N-Ti)による強い電子的相互作用の形成が可能なピリジン環を「電子求引性・注入性吸着基」として導入した新型 D-π-A蛍光性色素を世界で先駆けて考案し、従来型D-π-A色素をはるかに凌ぐ光電変換特性を示すことを実証した。

成果

1) 従来技術の問題点であった、色素増感太陽電池の電子注入効率を改善することに成功した。
2) カルボキシル基を有する従来型D-π-A色素に比べて、本発明のピリジン環を有する新型D-π-A蛍光性色素を用いた色素増感太陽電池は、2倍以上の高い光電変換特性を示す。

実用化に向けて(想定業界・用途、課題、企業への期待など)

新型 D-π-A蛍光性色素の用途として、1) 色素増感太陽電池用および有機薄膜太陽電池用色素、2) 有機エレクトロルミネッセンス(EL)用発光性色素、3) 蛍光フィルム用(波長変換型)色素、4) 有機トランジスタ(FET)用半導体、5) 分子認識蛍光センサーなどが考えられる。実用化に向けて、TiO2電極への新型D-π-A蛍光性色素の吸着量の増加を図ることが必要であり、そのためには色素の改良に加えてルイス酸サイトリッチなTiO2電極の作製が課題である。

本研究の特徴・優位性

新型D-π-A蛍光性色素の創製を達成したことにより、DSSC用色素開発に制約を与えていた「電子求引性吸着基=カルボキシル基」という固定概念を払拭し,DSSC用色素の分子設計に新たな道を切り拓くことができた。本手法は従来の分子設計指針の下では使用不可能だった色素骨格にも適応できることを示しており,DSSCの実用化を劇的に促進するものとして期待される。

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特願2011-001709・Angew. Chem. Int. Ed., 2011, 50, 7429-7433・1)中国電力技術研究財団 研究奨励賞, 2)有機合成化学協会 日産化学工業研究企画賞, 3)広島大学産学連携若手研究者支援プログラム 優秀賞, 4)日本化学会 若い世代の特別講演会講演者特別講演賞, 5)広島銀行 大学研究者助成事業表彰, 6)宇部興産学術振興財団 学術奨励賞, 7)有機電子移動化学研究会 有機電子移動化学奨励賞, 8)色材協会研究発表会 最優秀講演賞, 9)有機合成化学協会中国四国支部奨励賞, 10)有機合成化学協会 DIC研究企画賞

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