WEKO3
アイテム
メソポーラス機能性酸化膜を機能膜とする電気化学デバイスに関する研究
https://doi.org/10.18997/00007364
https://doi.org/10.18997/000073646f9e281f-1721-47ce-8a68-ddd62aac8954
| 名前 / ファイル | ライセンス | アクション |
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sei_k_311.pdf (18.7 MB)
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| アイテムタイプ | 学位論文 = Thesis or Dissertation(1) | |||||||||
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| 公開日 | 2019-09-02 | |||||||||
| 資源タイプ | ||||||||||
| 資源タイプ識別子 | http://purl.org/coar/resource_type/c_db06 | |||||||||
| 資源タイプ | doctoral thesis | |||||||||
| タイトル | ||||||||||
| タイトル | メソポーラス機能性酸化膜を機能膜とする電気化学デバイスに関する研究 | |||||||||
| 言語 | ja | |||||||||
| タイトル | ||||||||||
| タイトル | The Investigation of Electrochemical Devices with Functional Film using Mesoporous Functional Oxide-film | |||||||||
| 言語 | en | |||||||||
| 言語 | ||||||||||
| 言語 | jpn | |||||||||
| 著者 |
堀内, 保
× 堀内, 保
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| 抄録 | ||||||||||
| 内容記述タイプ | Abstract | |||||||||
| 内容記述 | 本論文は、ナノ粒子を堆積して形成された多孔質電極を用いたデバイス群として、エレクトロクロミック・デバイス、色素増感太陽電池、ペロブスカイト太陽電池について報告する。１．エレクトロクロミック・デバイス エレクトロクロミック・デバイスは、電圧印加によって着色⇔消色を繰り返すことができるデバイスである。表示デバイスとしては、フィルム形状が求められるシーンが多いため、多孔質電極を低温で形成する必要があった。そこで、TiO2よりも導電性が高いSnO2を用いる検討を行った。その結果、120℃乾燥のみの形成で、透明性と発色濃度に優れ、消色応答速度が早いデバイスを得ることができた。SnO2はTiO2に比較して屈折率が低く、伝導帯が浅いため、これらの特性が改善できたと思われる。２．色素増感太陽電池 ＜固体型色素増感太陽電池＞固体型色素増感太陽電池の製造プロセスとして、従来はホール輸送材料をスピンコートにて製膜する手法が用いられてきたが、液晶性ホール輸送材料と基板加熱しながらスプレー塗布する手法、あるいはホール輸送材料を超臨界流体CO2にて充填する手法を用いることにより、多孔質TiO2内部に空壁が無く、ホール輸送材料にて充填されることを断面SEM画像より確認した。特に、超臨界流体CO2を用いてホール輸送材料を充填したデバイスは、AM1.5照射下での変換効率が4.2％を得ることができた。固体型色素増感太陽電池は、特に室内光での性能に優れることを見出した。ホール輸送層に含まれる塩基性化合物として、従来使用されている4-t-ブチルピリジンを、塩基性の強いピリジンに変えることで、更に優れた性能を有することが明らかになった。塩基性の強いピリジン化合物を用いることで、添加剤として使用されているリチウムカチオンと反応し、ホール輸送材料が4級塩から中性状態に復活するためと考えている。固体型色素増感太陽電池のモジュール化を検討した。液体型色素増感太陽電池モジュールは、セルとセルの間を完全に独立させる必要があり、製造の複雑さと開口率の低下を招いてしまう。そこで、多孔質TiO2層とホール輸送層を切断することのない新規な直列モジュールを考案した。このモジュールは、開効率も高く、比較として用いたアモルファスシリコン太陽電池よりも高い性能を発揮した。＜増感色素開発＞D-π-A（Doner-π-Acceptor）型メタルフリー増感色素のπ部にチオフェン環を導入する例が多く報告されているが、アクセプター部位にローダニン環を用いると、効率の低下を招いてしまう。そこで、π部の検討を行った結果、ベンゾチアゾール環を導入するとHOMO-LUMOが局在化され、その結果高いIPCEを有することが分かった。TiO2とTCNQに反応によって発現する界面電荷移動錯体としてTCNQ誘導体を幾つか合成し、TiO2と反応させる時の吸着条件を検討した結果、超臨界流体CO2を用いることで高い性能が得られることを見出した。３．ペロブスカイト型太陽電池 ペロブスカイト型化合物を用いた太陽電池の検討を行った。デバイス作製条件の検討として、ペロブスカイトの成分であるCH3NH3Iに類似骨格のAlanine、あるいはPbI2を前処理することで特性が向上する結果を得た。PbI2は前処理によってTiO2と反応していることがSEM画像より明らかとなった。また、PbI2を塗布した後にCH3NH3Iと反応させてペロブスカイト構造を形成する2段階法において、CH3NH3I溶液をスピンコートにて形成することで特性が向上する結果を得た。また、PbI2に異種金属化合物を添加することで、大きな結晶析出を抑制することができた。特に、異種金属化合物としてSbI3を添加するとPbI2単独よりも高いIPCEスペクトルを得ることができた。 | |||||||||
| 言語 | ja | |||||||||
| 抄録 | ||||||||||
| 内容記述タイプ | Abstract | |||||||||
| 内容記述 | This article reports electrochromic device, dye-sensitized solar cells and perovskite solar cells with nano-porous electrode. 1. Electrochromic device/ Electrochromic devices have attracted considerable attention as energy conservation devices, in that they can induce reversible changes in the physical properties of light by imparting electric charge to chemicals. The problem with the TiO2 device is that although both the color and bleached states of an electrochromic device fabricated by a high temperature annealing process show high levels of response, the color and bleached states of a device fabricated by a low temperature process show very low response levels. We found that a SnO2 nanocrystalline film is effective for use in electrochromic devices. The impedance of SnO2 was two orders of magnitude lower than that of TiO2 annealed at 450 °C. The electrochromic device with SnO2 has a high ∆OD compared with TiO2, and a bleached state response time similar to that of TiO2 annealed at 450 °C. 2. Dye-sensitized solar cells/ 2-1. Solid-state dye-sensitized solar cells/ General solid-state dye-sensitized solar cells have been used in the spin-coating process for filling hole-transport materials in porous TiO2 electrodes. We found that the hole-transport materials were filled in the porous TiO2 electrode by the spray method of liquid crystal hole-transport materials with a heating substrate or the supercritical CO2 fluid method. Then, appearance of the porous TiO2 was observed from a section SEM image. The energy conversion efficiency of solid-state dye-sensitized solar cells using the supercritical CO2 fluid was compared with that of Gratzel’s laboratory using the same materials, and 4.2% energy conversion efficiency was observed under AM1.5 irradiation. This energy conversion efficiency was slightly higher than that for Gratzel’s laboratory. We found that solid-state dye-sensitized solar cell has good performance for indoor light. It was found that the ionic potential of the hole-transport layer was shifted by the basicity of pyridine compounds; especially large shift of the ionic potential was obtained by strongly basic pyridine compounds. Thus, the energy level matching between the highest occupied molecular orbital of the sensitizing dye and the ionic potential of the hole-transporting layer improved. In addition, the shunt resistances of the solar cell were improved using strongly basic pyridine compounds. We have demonstrated series–connected solid-state dye-sensitized solar cell module with non-divided active layer, such as nano-porous TiO2 layer and hole-transporting layer. This module come into existence only divided the transparent conductive electrode and counter electrode. This behavior is ascribed to hole-transporting layer has 6 digit higher impedance compared to iodine electrolyte. The photovoltaic performance of this non-divided module is almost same compared to divided module. Moreover, this non-divided module has good light shielding performance compared to amorphous-silicon solar cell. 2-2. Development of Sensitizing dye/ We found that the benzothiazole sensitized dye with a double-rhodanine ring has higher IPCE spectra than thiophene sensitized dye. The Segawa Laboratory of The University of Tokyo reported that the hybrid material formed from TiO2 and TCNQ shows strong interfacial charge transfer absorption in the visible region. We synthesized TCNQ derivatives and examined conditions of the adsorbent. The hybrid material performed well when supercritical fluid CO2 was used. 3. Development of Perovskite solar cells/ We examined the pre-treatment of the alanine that was similar compound for CH3NH3I and pre-treatment of PbI2. The Perovskite solar cells with pre-treatment performed well. In the sequential deposition method for the formation of the Perovskite, the CH3NH3I solution was coated on the PbI2 coating porous TiO2 electrode by the spin-coating method, which showed good photovoltaic performance. We found that different metal halide compounds added to the PbI2 largely suppressed crystallization. Moreover, the addition of SbI3 to PbI2 obtained IPCE values higher than PbI2 only. | |||||||||
| 言語 | en | |||||||||
| 目次 | ||||||||||
| 内容記述タイプ | TableOfContents | |||||||||
| 内容記述 | 1. 研究概要||2. エレクトロクロミック・デバイスについて||3. 色素増感太陽電池について||4. ペロブスカイト太陽電池について||5. 結論||6. アウトプット||7. 謝辞||8. 添付資料 ～合成した化合物について | |||||||||
| 備考 | ||||||||||
| 内容記述タイプ | Other | |||||||||
| 内容記述 | 九州工業大学博士学位論文 学位記番号：生工博甲第311号 学位授与年月日：平成30年3月23日 | |||||||||
| キーワード | ||||||||||
| 主題Scheme | Other | |||||||||
| 主題 | 多孔質電極 | |||||||||
| キーワード | ||||||||||
| 主題Scheme | Other | |||||||||
| 主題 | エレクトロクロミック | |||||||||
| キーワード | ||||||||||
| 主題Scheme | Other | |||||||||
| 主題 | 色素増感太陽電池 | |||||||||
| キーワード | ||||||||||
| 主題Scheme | Other | |||||||||
| 主題 | 固体型色素増感太陽電池 | |||||||||
| キーワード | ||||||||||
| 主題Scheme | Other | |||||||||
| 主題 | ペロブスカイト太陽電池 | |||||||||
| アドバイザー | ||||||||||
| 早瀬, 修二 | ||||||||||
| 学位授与番号 | ||||||||||
| 学位授与番号 | 甲第311号 | |||||||||
| 学位名 | ||||||||||
| 学位名 | 博士（工学） | |||||||||
| 学位授与年月日 | ||||||||||
| 学位授与年月日 | 2018-03-23 | |||||||||
| 学位授与機関 | ||||||||||
| 学位授与機関識別子Scheme | kakenhi | |||||||||
| 学位授与機関識別子 | 17104 | |||||||||
| 学位授与機関名 | 九州工業大学 | |||||||||
| 学位授与年度 | ||||||||||
| 内容記述タイプ | Other | |||||||||
| 内容記述 | 平成29年度 | |||||||||
| 出版タイプ | ||||||||||
| 出版タイプ | VoR | |||||||||
| 出版タイプResource | http://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85 | |||||||||
| アクセス権 | ||||||||||
| アクセス権 | open access | |||||||||
| アクセス権URI | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 | |||||||||
| ID登録 | ||||||||||
| ID登録 | 10.18997/00007364 | |||||||||
| ID登録タイプ | JaLC | |||||||||
