ナノ結晶酸化チタン電極界面のカプロン酸　　　　処理と色素増感太陽電池への応用

2006年9月14日(木) 2006年電気化学秋季大会（同志社大学） ① ナノ結晶酸化チタン電極界面のカプロン酸　　　　処理と色素増感太陽電池への応用東北大学　多元物質科学研究所　　　　○内田聡・実平義隆

② ・古くて新しい課題・いろいろな思惑・性能向上における　様々な説明【はじめに】■FTO基板の表面処理呼び名期待する効果・バリア層・中間膜・絶縁層　・短絡防止層・ブロッキングレーヤー・アンダーレーヤー etc. ・機械的接触の確保・電気的接触の改善・逆電子移動過程の抑制 etc.

③ ■短絡防止層に関する代表的な特許出願

④ ■短絡防止層に関する代表的な特許出願

⑤ ■短絡防止層の導入と効果 8.0 ・多くの場合　トレードオフ　の関係 6.0 4.0 Current density / mA·cm-2 JSCvs VOC 2.0 無有 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 Voltage / V Nb2O5vs SnO2 ・SnO2は効果　が無い？

■カプロン酸について ⑥ カプロン酸：代表的な中鎖脂肪酸の一つ。脂肪酸誘導体として様々な分野に利用合成香料　（エステル）合成潤滑油（エステル）増稠剤　　（金属塩）化学触媒　（金属塩）　　　　　　　　など加水分解・分留油脂カプロン酸エタノール・無色透明液体・特異臭あり化学合成

■電極界面のカルボン酸処理について ⑦ カプロン酸：様々な金属と塩を形成 Sn 溶解・塗布・焼成金属・金属酸化物を形成カプロン酸スズの分子構造カプロン酸金属塩＋溶媒溶媒 CO2,H2O 塗布乾燥焼成金属酸化膜形成ガラス塗布装置乾燥機焼成炉

⑧ 【実験】スピンコーター ■酸化スズ膜の塗布 5000 rpm (or 2500 rpm) 10s 20s 10s ■酸化スズ膜の焼成カプロン酸Sn溶液 or カプロン酸Nb溶液 or カプロン酸Ga溶液 ↓ 0.1wt%, 1.0wt%, 5.0wt% ／エタノール溶液 500°C 80°C 25°C 5°C/min 自然放冷 0.5h 1h 5°C/min

⑨ 【実験】 ■ナノ結晶酸化チタン膜の調製・FTO ガラス：日本板硝子(株) 製（10Ω/□, t=1.1mm）・酸化チタン：Soralonix SA（Nanoxide T/SP, 300） → 500℃, 30min → TiCl4処理 ■光電変換特性評価・電解液：0.1M LiI, 0.05M I2, 0.5M TBP, 0.6M DMPII ・Solar simulator：山下電装(株) YSS-80（AM1.5, 100mW•cm-2）・セルサイズ：4×4mm, マスク無し

⑩ ■カプロン酸Sn処理の結果 0.1wt% 1.0wt% 5.0wt%

⑪ ■カプロン酸Sn処理の結果(2) JSC VOC Sn wt% Sn wt% η FF Sn wt% Sn wt%

⑫ ・平滑性が向上 ■カプロン酸Sn処理後の表面観察 before after (Sn 5.0wt%)

⑬ ■カプロン酸Sn処理後の表面観察・処理液の濃度（＝Sn酸化物膜厚）　の増加と共に平滑化・未処理と0.1wt%濃度　処理では平均粗さに　違いが見られない Roughness (Ra) / nm none 0.1wt% 5.0wt% 1.0wt%

⑭ なぜSn？ ■各種元素とTiO2との反応性について (ICDD Card 調べ) 戦略・TiO2と化合しない・化学的安定性、対腐食性・低毒性 C, Ge, Sn Mo, Ru, W

⑮ ■カプロン酸 Sn vs Nb vs Ge 処理の結果

⑯ 【まとめ】・新たに有機溶媒に易溶解性の特殊な脂肪酸金属塩を用いることで、光電変換パラメータの一部を犠牲にすることなく効率が最大で +7%（9.13%→9.75%）ほど向上することを見出した。*Sn 系 → 機能発現の機構？（今後の検討課題）

ナノ結晶酸化チタン電極界面の カプロン酸 処理と色素増感太陽電池への応用