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东京大学研发可利用近红外光发电的染料敏化太阳能电池染料由田中贵金属实现产品化

田中控股株式会社(总公司:东京都千代田区、执行总裁:田苗 明)发布经营田中贵金属集团制造事业的田中贵金属工业株式会社(总公司:东京都千代田区、执行总裁:田苗 明)开始供应钌错合物染料DX,其用于染料敏化太阳能电池可将光电转换波长范围扩大至1,000纳(纳表示10亿分之1)米以上的长波长。

- 东京大学开发出一种可对长波长领域(近红外光)进行高效光电转换的染料,由田中贵金属负责制造、销售

DX是由日本内阁府最先端研究开发支援项目(FIRST)核心研究人员 东京大学 先端科学技术研究中心 濑川 浩司教授等研发出的用于染料敏化太阳能电池的敏化染料,是一种可高效吸收原有钌敏化染料所无法吸收的近红外光(※1)并进行光电转换的次世代敏化染料。田中贵金属工业获东京大学许可,共同申请了DX的国际专利,自2015年1月起投入制造与销售。

- 成功将发电波长范围(光谱灵敏度范围)扩大至长波长。实现高电流密度与高转换效率。

原有染料敏化太阳能电池的发电波长中长波的范围一直止步于800纳米左右,人们一直希望开发出一种可利用长波长光的近红外吸收染料。DX系列染料通过利用自旋反转激发(※2),成功地将原有敏化染料的发电波长中长波的范围扩大了200纳米左右,从而使太阳能电池的光电流值提高25%以上,采用了DX系列染料的高性能太阳能电池,实现了30mA/cm2以上的光电流及10.0%以上的高转换率,堪称有机太阳能电池中的世界最高水平。DX较之原有敏化染料,不仅可对光波长于可见光的近红外线进行高效光电转换,亦适用于利用室外光进行发电。研究人员正在通过与CYC-B11等专门针对可见光范围的染料相配合,以期开发出能够达到更高转换效率的串联电池。

- 为真正普及染料敏化太阳能电池所作出的努力

染料敏化太阳能电池是当光照射到多孔质氧化钛中所吸附的染料后,染料吸收光并向氧化钛注入电子从而进行发电的一种太阳能电池。正是由于有效运用了此种方法,染料敏化太阳能电池具备了即使在低照度条件下也可保持良好转换效率且不依赖太阳光入射角度的特点,因此可期待其在众多不适用以往(硅基)太阳能电池的应用领域大放异彩,这种高附加值低成本的次世代太阳能电池的研发正在不断推进。

要使染料敏化太阳能电池得到高转换效率,其中一个重要因素就是吸光染料,目前,围绕钌错合物染料这种具备高性能且稳定的染料开展了大量的技术研发。

今后,田中贵金属工业将与东京大学联手推进结合吸收可见光的原有染料与“DX”开发串联电池的工作,不断深化“DX”的更高效率和高耐久化方面的探索。在供应“DX”之际,田中贵金属工业制定了每年2亿日元销售额的目标。

同时,田中贵金属工业作为贵金属制造商将保证钌染料原料的稳定供应,致力于提高良率的制造工程以及钌的再生利用等方面的开发,以期降低制造成本,从而扩大应用及普及。

※1 近红外光的波长大约为700~2,500纳米。
※2 自旋反转激发…一般情况下,分子吸光后被激发时产生保持电子自旋方向的“激发单重态”,激发态的电子自旋反转直接产生“激发三重态”。此种转变通常不会被观测到,但偶尔会有部分分子以极微弱的强度被观测到。

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