色素増感太陽電池における半導体光電極に関する研究 ∼半導体光電極のクラック抑制について∼ E-98103 中尾 良昭 松浦研究室 【はじめに】色素増感太陽電池における半導体光電極（TiO2 電極）は太陽電池の陰極にあたる部分 である。透明導電膜（SnO2 膜）上に TiO2 電極を作製する過程で焼成を行う 1)。しかし、焼成を行 うことにより、TiO2 電極にクラック（ひび割れ）が発生することがある。このクラックを通して色 素及び電解液が直接透明導電膜と接触し変換効率が低下する。そこでクラックの発生を抑制するこ とのできる、TiO2 電極の作製法を調べる事を目的とする。 【実験】TiO2 粉末（P-25）を溶質、純水を溶媒とした TiO2 ペーストを作製した。この TiO2 ペース トの濃度を 5、10、20、30、40%と調整した。また、増粘剤としてポリエチレングリコール（PEG： 分子量 20000）1)をそれぞれ２，４ｇ加えたものを調整した。これらのペーストを、SnO2 膜付きガ ラス板に塗布し、電気マッフル炉内において 450℃で 30 分間焼成を 行い、TiO2 電極を作製した。作製した TiO2 電極表面を光学顕微鏡を 用いて観察した。 【結果及び考察】PEG をしない TiO2 ペーストでは TiO2 粒子を均一 に分散させる力がなく、その結果 TiO2 粒子が部分的に凝集しクラッ クが発生した。そこで、TiO2 粒子を均一に凝集させるために PEG を 加えた。TiO2 ペーストの濃度を 30％に固定し、PEG の添加量を変 0.1ｍｍ （a）PEG 添加なし 化させたときのクラックの様子を図１に示す。図１から PEG の添加 量が増加するにともないクラックの幅（図の黒い部分）が狭くなり、 数も少なくなることがわかる。したがって、TiO2 粒子を均一に凝集 させるためには、増粘剤として PEG を添加することが有効である。 次に PEG の添加量を 4g に固定し、TiO2 ペーストの濃度を変化させ た場合の表面を観察した。TiO2 ペーストの濃度が 40％の場合、クラ ックが大量に発生した。次に 20％の場合、図１（c）よりもクラック 0.1ｍｍ （b）PEG２ｇ添加 が減少した。10％の場合はさらに減少することがわかった。５％の 場合は SnO2 膜上に均一に広がらず SnO2 膜の中心付近に集まり、そ の部分に図１（a）と同じようなクラックが発生した。これらのこと より TiO2 ペーストの濃度が 10％で PEG4g を添加されたものがクラ ックの抑制された TiO2 電極となることがわかった。 【結論】濃度 10％の TiO2 ペーストに PEG を 4g 添加することによ りクラックを抑制した TiO2 電極を作製することに成功した。 【謝辞】表面観察を行うにあたりご協力を賜りました。瀧川研究室 0.1ｍｍ （c）PEG４ｇ添加 図１ PEG の添加量と 半導体光電極の表面状態 （二酸化チタンペースト濃度 30％） の戸出真由美氏に深く感謝します。 【参考文献】1) 荒川 裕則 監修:色素増感太陽電池の最新技術 2001 発行 発行所:シーエムシー 第４章 pp 45-47
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