【技術】新しい高効率色素増感太陽電池を開発　変換効率11%達成

■ ポイント
・ タンデム型色素増感太陽電池として変換効率11%を実現。
・ 極めて透明かつ起電力の高い酸化チタン電極の作製に成功。
・ 低コストで、飛躍的に効率を向上させるための基礎技術を確立。

■ 概要
　独立行政法人 産業技術総合研究所【理事長 吉川 弘之】（以下「産総研」という）エネルギー技術研究部門
【研究部門長 大和田野 芳郎】太陽光エネルギー変換グループ 杉原 秀樹 研究グループ長、佐山 和弘 主任研究員、
柳田 真利 研究員らは、太陽光に対する光電変換効率が11.0%のタンデム型色素増感太陽電池を開発した。
新しい色素増感太陽電池として従来の変換効率を超える値である。

　産総研では、飛躍的な性能向上のため、2種の色素増感太陽電池を重ね合わせ、上部の電池で可視光領域の
光を吸収し、下部の電池で近赤外光から赤外光を吸収する、タンデム型色素増感太陽電池の開発を行った。
タンデム型では上部の電池は可視光を吸収しつつ、近赤外光をロスなく透過させる必要がある。
今回、タンデム型電池開発のため透明性が高く起電力の大きな酸化チタン電極の作製に成功し、タンデム型
色素増感電池の上部の電池に用いることで、タンデム型電池の高効率化に成功した。

　タンデム型色素増感太陽電池は、通常の単セル型太陽電池より広範囲な波長の太陽光を有効に
利用できることから、赤外光を吸収する新規増感色素の開発によって、単セル型を大幅にしのぐ
光電変換効率の向上が期待される。

　本技術の詳細は、平成20年3月29〜31日に甲府市で開催される電気化学会第75回大会で発表される。

（>>2以降に続く、画像等の詳細はソースを御参照下さい）

ソース：独立行政法人 産業技術総合研究所
http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2008/pr20080304/pr20080304.html

■ 開発の社会的背景
　地球温暖化やエネルギー資源の枯渇などの課題解決のためには、再生可能エネルギーの有効利用が必須である。
太陽電池はこれらの問題を解決するものとして注目されているが、普及のためのコスト削減が求められている。
色素増感太陽電池は安価な素材を利用し、製造プロセスが容易なため、シリコン太陽電池に比べて大幅な
コストダウンが期待されている次世代の太陽電池である。また色素増感太陽電池は、電極基板材料や色素を
変えることによって形状や色彩に多様性をもたせることが容易である。例えば、基板をガラスからプラスチックフィルムに
変えることでフレキシブルに、さらに、室内などの光の弱い場所でも発電することからインテリア用、インドア用
太陽電池としても利用が期待されている。色素増感太陽電池は様々な用途への可能性を秘めた太陽電池として
注目されているが、光電変換効率が結晶シリコン太陽電池に比べ低いため、画期的な光電変換効率の向上が
望まれていた。

■ 研究の内容
　2種類の色素増感太陽電池を図1のように組み合わせて構成したタンデム型太陽電池は、短い波長の光を利用して
高い起電力（電圧）を発生する電池を上部に、長波長の光を利用して電圧は小さいが大きな電流を発生する電池を
下部に配置することにより、太陽光に含まれるエネルギーを効果的に電気に変換できるメリットがある。

　上部の電池にレッドダイ（N719）、下部の電池にブラックダイ（N749）と呼ばれる増感色素を用いてタンデム構造の
色素増感太陽電池を構成し、上部で短波長側の可視光エネルギーを、下部で長波長側の赤色光、近赤外光を
電気エネルギーに変換させた。

　今回は特に、以下の技術を検討した。

（1）上部の電池でできるだけ高い電圧が出て、かつ極めて透明な酸化チタン膜電極を開発

　タンデム型電池開発の重要な要素技術として上部の電池では、可視光を吸収しつつ、近赤外光をロスなく透過させ
下部電池に到達させる必要がある。従って上部の電池に用いる酸化チタン電極の透明性が欠かせない。
産総研では新しい製造法で極めて透明な酸化チタン電極の作製に成功し、タンデム型電池の上部の電池に用いた。
この酸化チタンは従来品と比較して高い電圧が発生できる。また、光吸収の非常に少ない透明対極を開発した。
（図2のa）

（2）下部の電池で多重積層構造の酸化チタン膜を利用

　下部の電池では、多重積層構造の半導体膜を利用することで、光閉じこめ効果を最大限に発揮し、電流を向上させた。
さらに電圧を向上させる漏れ電流抑制手法も開発した。

　入射した太陽光がガラス基板で反射、吸収されたり、あるいは、太陽電池の発電部で吸収されない場合、出力は
小さくなる。そのため、様々な手法で入射光が発電部に集中するような工夫が重要となる。光子を内部に閉じこめて
外部に逃がさない状態にすることを「光閉じこめ」といい、色素増感太陽電池では、図2のbのように、粒子径の
異なる様々な酸化チタンを多重積層構造にすることで、光を効率よく閉じこめることができる。また、反射防止膜を
用いたり屈折率調整を行ったりすることでさらに光閉じこめ効果が向上できる。

■ 今後の予定
　今回確立したタンデム型電池の光散乱と光吸収を制御する基礎技術をベースに、今後、高い効率を維持したまま、
形状や製造プロセスの簡略化とさらなる低コスト化を図り、実用化を目指していく。

　また、現在は単セル型電池用に最適化された色素を用いているが、タンデム型電池に最適な色素を開発することで
効率は大幅に改善できると期待している。具体的には、長波長側の光を効率よく利用する新規増感色素の開発を
進めることにより、下部の電池特性をさらに向上させることでトータルの光電変換効率の画期的な向上を実現する。

　また、極めて透明な酸化チタン電極と透明対極を用いた色素増感太陽電池は、見た目が美しく、ステンドグラスや
インテリアなどにも応用が期待できる。

■ 用語の説明
■ 問い合わせ
省略。ソースを御参照下さい。

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しかしこの度の大量リストラや施設閉鎖から
大変な窮地に立たされているようです

http://love6.2ch.net/test/read.cgi/hotel/1203180070/

具体的にどれぐらい優れているんだろうな。
優劣で書いてくれよ。

ビンビン変換だぜ

巨大な虫メガネで100倍に集光すれば、効率1000％になるのでは？

そろそろビルの権利者に屋上を太陽発電パネルを揃える義務化法案作ろうぜ
屋上がコンクリむき出しで、採光仕様じゃないやつな

昭和電工など3社、印刷方式で製造可能なプラスチック太陽電池素子を開発（昭和電工）
ttp://www.ipnext.jp/news/index.php?id=2898

>昭和電工は26日、桐蔭横浜大学ベンチャー企業のペクセル・テクノロジーズ、藤森工業と共同で、高速・低コストの印刷方式で製造が可能な「プラスチック色素増感型太陽電池モジュール」の大面積化に成功したと発表した。
>同素子は、約15ミクロンメートルの厚さの、ナノ結晶構造酸化チタン半導体層を発電層としてフィルム上に成膜する。
>ぺクセルが昭和電工と共同で開発した特殊ペーストを使用することで、大型設備を使用しなくても印刷塗工による半導体層の成膜を可能にした。従来は、真空設備や高温焼成などの大型設備が必要だった。
>今回試作した太陽電池は、透過性のある薄いフィルム上のモジュールであることから、窓やパネル、曲面部などにも適用できる。
>また、カラーデザイン加工が容易であることから、デザイン性が高いという特徴もある。

太陽炉まだ？

ビルだけだと排出権を個人（家庭）で買う時代が来そうだから
家庭向けソーラーパネルも義務化しよう

>>10
耐候性能、悪そう

日本に土地がないとかいいだすDQNがいるが、太陽電池を設置する場所など
すてるほどある、利用可能なところの１％も使っていないのに発電効率を重視
し製品化には力をいれないのは理由がある。
それは生産や開発ではなく研究の資金を生み出す為の誘導にすぎない。
効率が高いものなどレアメタル使えば激しく高い効率のものが現状でつくれる
んなもの宇宙ステーションなどで利用するぐらいしか価値がない。
地上で庶民が利用するものは発電ワットあたりの単価が重要であって。
効率あたりの発電量ではない。作ればいくらでも面積は稼げる。

最先端を歩んでいた発電効率ばかり求めてきた日本は既に海外の以上に安い
低コストな太陽電池に追い抜かされつつある、コストからの性能面では
海外のほうが倍以上は効率が高い。たしかに面積あたりの効率は高いが。
それは金を湯水のようにつぎ込んでの話だ。

>>11
名前は太陽路でも、反ニュートリノが対消滅して発光している以上
中身はブラックホールの類だぞ

ガソリンの値段高いからねぇ、電気自動車にして電気は太陽電池
で全部まかなえるようにしたいねぇ。

ttp://www.sanyo.co.jp/koho/hypertext4/0706news-j/0619-1.html
シリコン型だと、今２２％か。約半分。まだまだこれからだな。

ただ、製造に必要なレアメタル量などから考えると有利なのかもね

熱電対型接触半導体やい用電池使用によって効率は56％にまで高められるよ。
朝霞の理研でやってるし、東電の多摩学校では屋上で実験やってる。
アメリカがうるさいからおおっぴらには出来ないけど。

シリコンがレアメタルとは初耳だな

シリコンなんてそこらじゅうにあるのにね。
お米にだってシリコン入ってるし、稲藁を
精製すればいいシリコン採れるから俺やってるよ。
藁焼いて灰にして塩酸で中和して塩化物除去して
銀イオン入れて余ったClとって硝酸入れて
有機体除去してつくるんだ。

光合成の仕組みが解明されて、太陽電池とかに応用できれば…

光合成を信じてるイノセントなやつ発見。
水と二酸化炭素と太陽光から糖を合成なんて机上の空論未満。
化学的に無理がありすぎる、結合エネルギーすらしらない無知の発想。

シリコン型の太陽電池が、シリコンだけでできると思っているのか・・・

これもゆとりの弊害か

>>19

やはりアメリカか！

何故この国は太陽光発電の推進をおこたるのかと疑問に思ってた

>>23

光合成は都市伝説って事？

また、三層犬か・・・ふっ

太陽電池に関しては、日本は曇りや雨の日が多いので、
時間当たりの効率が悪いのも進まない原因。

>>28
太陽電池が必要なのは夏の晴れの日の日中でしょ。一番発電効率が高い時間
に必要なのであって曇りとか雨で気温が下がっているときには電力会社の
電力を使うのが無難。そもそもドイツで普及しているのは法律で太陽電池発電の
余った電力を買い取る仕組みが優れている話があるからでしょう。
日本の仕組み現状の整備は建前で太陽電池の設置しても損するだけ。

>>20
単結晶シリコンはレアメタルじゃないのか？

激しく高いぞ。もしかしてグラム辺り金より高いんんじゃない？

インクジェット印刷の安価な有機薄膜太陽電池、年内に商品化へ？
ttp://wiredvision.jp/news/200803/2008030623.html

>30
太陽電池で使うのはソーラーグレードという低級品。
インテルだかIBMは出来損ないの半導体ウェハを太陽電池にするって技術を発表していたっけ。

シリコンなんて地球上に有り余ってるよ

>>30
単結晶シリコンは製造にコストがかかるんで、レアとは言えないな

>>33
単結晶の状態だからレアメタルじゃないのか？

>>33
結晶じゃなくて純度低ければ単なるその辺の砂だろｗ

俺は太陽は好きだ

色素増感型か。
次世代太陽電池か。
あとはどれだけ大型化出来るのかが必見。
早く商用レベルにまで引上げて欲しいものだ。

普通のコピー用紙にシリコンを印刷するだけで太陽電池を作った試作品は性能が悪いが
コストはほとんどかからない。

>>23は結合エネルギーをどういうもんだと考えているのだろう？

レアメタルは元素自体がレアな物質のことだな。

ﾚｱメタルの定義は専門家の間でもあんまはっきりしていないと
言われてるそうだ
だからｷﾆｽﾝﾅ。てきとーに使え

レアメタルって、ミスリルやオリハルコンのことじゃないの？

シリコンは確かに珪素としてそこら辺にころがっているが、
半導体（太陽電池も半導体）用としては、
なぜか特定の鉱山で取れたシリコンしか使い物にならないらしい。

実際にその辺の土壌から取り出して精製したシリコンと、
普通の半導体用のシリコンを比較したが、
純度は同じなのに、なぜか性能が低いのしか作れなかった、
とどっかの半導体メーカーの人が言っていた。

でも、こっちの色素増感型に使うITO電極もレアメタルを使用する罠。

ソニーが新型太陽電池、製造コスト最大10分の１・事業化の可能性

ソニーは製造コストの安い新タイプの太陽電池を開発した。原材料にシリコンを使わない。
半導体技術の代わりに印刷技術の応用で作れ、製造費が現在普及しているシリコン型の
5分の1から10分の1になる見通し。安定性を高め、光を電気に替える変換効率で実用化へ
の目安とされる10％を達成した。

開発したのは色素増感太陽電池。この春、スイスの研究者が持つ基本特許が切れた。次
世代太陽電池の最有力候補で、国内外で研究開発が盛ん。ソニーが太陽電池を事業化
するかどうかは未定だが、新技術を武器に新規参入する可能性が出てきた。

http://www.nikkei.co.jp/news/main/20080525AT2G1601524052008.html

>>44
サムソニーDsSCとか・・・
学会に出ては、学生にため息混じりの質問を受ける企業ですか？

ホンダと組んでCIGSでも作れよ　そっちは得意なんだから