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

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1 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
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

2 地域貢献活動 環境生命化学科

3 環境生命のイベント参加者 年間千名以上の参加者
地域貢献活動 環境生命化学科 環境生命のイベント参加者 年間千名以上の参加者 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

4 今日のメニュー 環境生命化学科 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

5 太陽電池（光）を ５歳から60代まで 出前講義している例
地域貢献での内容の紹介 環境生命化学科 太陽電池（光）を ５歳から60代まで 出前講義している例

6 はじめに 環境生命化学科 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。

7 マジックペンの秘密 環境生命化学科

8 偏光板実験 環境生命化学科 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 見えますか？ 回転して、見えるようにしてね。

9 マジックフィルムのひみつ 環境生命化学科

10 回折格子の実験 環境生命化学科 袋から透明フィルムをとりだす。 フィルムを 通してみる 何が見えますか？ いろいろな照明を見てね。

11 太陽光の分光 環境生命化学科 白色光 7色 出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』

12 光の三原色 環境生命化学科 Ｒ Ｇ Ｂ

13 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)
環境生命化学科 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 Red G Green B Blue

14 環境生命化学科 マジックフィルムのひみつ R Red G Green B Blue

15 マジックフィルムのひみつ 環境生命化学科 青色光の透過 緑色光の透過 赤色光 透過 光の透過 透過する光 吸収

16 生かされているところ 環境生命化学科 TV ディスプレイ 照明 メモリ

17 次世代型太陽電池の現状 効率化（追尾型）・省原料化（薄膜化）・新原料開発（新プロセス） 次世代結晶シリコン太陽電池 18％
次世代結晶シリコン太陽電池　18％ 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） 薄膜シリコン太陽電池　15％ 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 薄膜化合物型太陽電池　19％ InGaP/InGaAs/Ge　3接合太陽電池　「GeやGa」がコスト高 集光型太陽電池　39％ 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 有機系太陽電池　11％ 大同メタル

18 無機の太陽電池（シリコン） 硬い 重い!! 環境生命化学科 www.greenfund.co.jp/equipment1.html

19 有機太陽電池 今までの太陽電池とは違う!! 柔軟性（フレキシブル） 環境生命化学科

20 有機太陽電池 今までの太陽電池とは違う!! 軽い!! 環境生命化学科
福井工業大学 軽い!!

21 環境生命化学科 有機太陽電池 カラフル シースルー 曲げられる 軽量 安い

22 環境生命化学科 無機太陽電池 Today 色素増感太陽電池 Future 有機太陽電池

23 環境生命化学科 色素増感太陽電池 光合成型太陽電池 別名 カラフル太陽電池

24 色素増感太陽電池の歴史 湿式の太陽電池 歴史 期待 環境生命化学科
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）

25 色素増感太陽電池とは？ 環境生命化学科 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。

26 環境生命化学科 色素増感太陽電池をつくろう 作製方法

27 環境生命化学科 色素増感太陽電池をつくろう 作製方法 - +

28 アントシアニジン Anthocyanidine
色素増感太陽電池の色々な色素 環境生命化学科 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

29 環境生命化学科

30 色素増感太陽電池のしくみ e - I - e - e - I - ３ TiO2+色素 白金または黒鉛 導電性ガラス
・プラスチック（正極） 導電性ガラス・プラスチック（負極）

31 21世紀は光の時代 太陽電池 レーザー光医療 光通信 光メモリー 有機EL プラスチック太陽電池 あかり 建築 ビル内野菜栽培（LED）

32 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
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 にて公開中 福井工業大学　環境生命化学科

33 Ru(Ⅱ)錯体　　(N3色素) cis-di(thiocyanato)-bis(2,2’-bipyridyl-4,4’-dicarboxylic acid)-ruthenium(Ⅱ)

34 ハイビスカス　赤色色素 (Anthocyanidine) 配糖体として存在

35

36 AMについて 大気の厚さ AM1.5(入射角４２度) AM0(大気圏外の太陽光スペクトルはエアマス0)
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) 大気圏外の太陽光スペクトルはエアマス0とし、太陽が垂直に入射するところをエアマス１とする。そうすると、赤道付近がエアマス１となり、北緯35°の日本では、太陽光が通る大気の厚さを考慮し、日本では平均的なエアマスとして1.5を使用している。 AM1(太陽光が垂直に入射する時のエアマス)

37 ITO/PEDOT:PSS/TPD(50 nm)/C60(50 nm)/LiF(0.1 nm)/Al(150 nm)素子
TPD /C60系光電変換素子のJ-V特性 Voc Jsc ITO/PEDOT:PSS/TPD(50 nm)/C60(50 nm)/LiF(0.1 nm)/Al(150 nm)素子の暗黒下と擬似太陽光照射下でのJ-V特性を示す。 ITO/PEDOT:PSS/TPD(50 nm)/C60(50 nm)/LiF(0.1 nm)/Al(150 nm)素子

38 性能評価 I0:入射光強度＝100 [mW cm-2] Vmax×Jmax 曲線因子 (Fill Factor) FF = Voc×Jsc
光電流密度 J　[mA cm-2] Voc Jsc Jmax Vmax Pmax 性能評価 電圧V [V] Voc ：開放端電圧 [V] 　　　(open-circuit voltage) Jsc ：短絡光電流密度 [mA cm-2] 　　　(short-circuit current density ) Pmax：最適動作点 (maximum power point) Vmax：最適動作電圧 [V] Jmax ：最適動作光電流密度 [mA cm-2] I0:入射光強度＝100　[mW cm-2] Vmax×Jmax 曲線因子 (Fill　Factor) FF = 太陽電池は電力を供給するための物であるから負荷を与えて使用する 測定では装置を用いるが普通は電卓であったり モーターだったりする。 負荷抵抗を変化させたときのJ－V特性は図のようになる。 抵抗値がゼロの時の電流が短絡電流密度（Jsc）であり 抵抗が無限大の時の電圧が開放端 電圧(Voc)である。 仕事率はW=IVであるからI－V特性曲線のIとVの積が太陽電池の出力となる。（ここでは、cm2換算になおしたJscを用いている。） この出力が最大になる電流と電圧の組み合わせを太 陽電池の最適（最大）動作点と呼び、 出力が最大になるように負荷抵抗を選ぶことを整合をとるという。????????? このときに太陽電池の性能が最大限に発揮されることになる。???????????? 太陽電池にはむやみに負荷をつなげるのではなく、うまく整合を取ることが重要である。最大動作点での電圧をVmax電流密度をImaxとし、入射光の総エネルギーをPintとすると????????????????? 太陽電池の効率はη=Vmax Jmax /Pintとなる。???????????? Voc×Jsc Jsc×Voc×FF Vmax×Jmax 変換効率 η　(％) = ×100 = ×100 I0 I0

39 質問タイム