色素増感太陽電池(Dye sensitized Solar Cell)の開発

（１）太陽光発電の将来

太陽光は無尽蔵なクリーンエネルギーとして本格的な実用化が大いに期待され、太陽電池の生産量は近年、飛躍的に増加しています。一方、太陽電池の主原料である高純度シリコンの需要も急激な伸びが見られ、半導体産業のシリコンスクラップを原料とするのみでは需要増を補いきれず、太陽電池用シリコンの不足が顕在化してきています。

NEDO（※）の「2030年に向けた太陽光発電ロードマップ(PV2030)」では、2030 年までに太陽光発電の累積導入量を100GW 程度（現在の生産量の約100倍）、発電量として家庭用電力の1/2 程度（全電力の10%程度）が太陽光発電で賄えることを想定しています。

これらの目標を達成するためには、太陽電池の高性能化と低コスト化、システム周辺機器・設置工事などの低コスト化、並びにモジュールを含むシステム機器の耐久性向上（長寿命化）などが重要とされるほか、現状技術の延長線上にない技術革新や性能向上、新しいタイプの太陽電池の開発が必要とされています。

※新エネルギー・産業技術総合開発機構（New Energy and Industrial Technology Development Organization）の略称。日本の環境保護政策と科学技術開発の一端を担う独立行政法人で2003年10月に同名称の特殊法人から独立行政法人へと移行。

（２）次世代型太陽電池の１つ＝色素増感太陽電池（DSC）

現在、シリコン結晶を用いた光電変換素子は太陽電池として実用化されていますが、普及拡大が進む反面、低価格化やシリコン原料の供給問題等の課題が予測され、シリコン以外の材料を用いる次世代型の太陽電池の開発が必要とされています。DSCは、これらのシリコン系太陽電池に比べ、（１）材料が安価であること、（２）製造工程が簡便であること、（３）意匠性（フィルム化、多色化）に富んでいることなどから、日本国内でも多くの企業や研究機関が実用化に向けて取り組んでおり、既にDSC用の材料を販売している企業があるほか、豪州では、STI社が教育用途としてDSCパネルを販売するなど、実用化は目前に迫っています。

（３）色素増感太陽電池（DSC）の仕組み

二酸化チタンの表面に吸着した特殊な色素は、太陽の光を吸収して色素中の電子を励起し、この電子を二酸化チタン粒子に注入します(色素の酸化)。酸化された色素は電解質中のヨウ素イオンより電子を受け取り(色素の還元)、元に戻ります。また、酸化されて生成したヨウ素は対極の白金触媒で再びヨウ素イオンに還元されます。このような電子の移動と酸化還元反応が光照射により連続して発生し、外部回路に電流を作り出します。（図１参照）

図１：ＤＳＣの断面構造と動作イメージ 

 

　このように、電気発生のメカニズムが光化学反応からなり、素子の内部で電荷が再結合するまでの時間が長い（電子の寿命が長い）ため、室内などの光量が少ない環境下でも高い光電変換特性が期待できることから、屋内用途としての利用も期待できます。

　なお、島根県では、DSCの要素技術として重要な『色素』の開発にも取り組み、代表的な高効率色素「N719」を凌ぐ新たな色素「J２」の開発にも成功しています。（平成18年3月24日発表済み）

 

〔DSCサブモジュールの開発〕

• ガラス基板、12cm角、光電変換効率5.5％（全面積、高沸点電解液）
• プラスチック基板のサブモジュールも開発中 ⇒ 多用途展開を想定

〔DSCモジュールの開発〕

• 集積型、ガラス基板、25cm角、出力＝3.0V×1.0A（目標値）

　⇒　携帯電話等の充電も可能

　⇒　モジュールの大型化による高出力化を目指す

〔用途開発〕

• 水耕栽培システムへの応用（共同研究：島根大学ほか）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ビニールハウス内への太陽電池の設置設計について実験を実施し、DSCの応用可能性を検証しています。
• 遠隔監視システムへの応用（共同研究：松江高専ほか）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　防犯、災害予防などを目的として小型監視システムを開発し、DSCの応用可能性を検証していますモジュール化技術の開発

• 事業化には、（１）耐久性の向上、（２）光電変換効率の向上、（３）量産コストの低減、といった技術的課題の解決が必要です。
• これらの課題は、それぞれの分野で独自の技術を持つ企業との共同研究によって対策技術を確立します。

• 2008年4月を目途に上記の課題を解決し、実用レベルの性能を持つDSCの製造技術を確立します。
• 2008年1月以降、事業化に関心を持つ企業との交渉を本格化させ、2008年12月末までには、県内での事業化の可能性について最終的な判断を行います。
• 事業化に関心を持つ企業が現れた場合は、2009年1月以降、実用化に向けた共同開発を通じて、必要な技術移転を進めていきます。

島根県産業技術センター　新エネルギー応用製品開発プロジェクトチーム
担当：野田修司
TEL：0852-60-5122　FAX：0852-60-5144