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核融合研、水中プラズマ技術で有機太陽電池の効率を向上

慶煕大と共同研究···光エネルギー変換効率が50%アップ


国家核融合研究所(ユ・ソクチェ所長)は核融合研のホン・ヨンチョル責任研究員、核融合研のホ・ジニョン研究員、慶煕大学校応用化学科のコ・ドゥヒョン教授、慶煕大のナム・ミヌ博士共同研究チームが水中プラズマ技術を利用した電子輸送用のナノ粒子合成技術を開発し有機太陽電池の光エネルギー変換効率を画期的に高めることに成功したと2月22日に発表した。

有機太陽電池は軽くて安価という長所がある。特にロール・トゥ・ロール(roll to roll)方式の大面積、大量生産が可能で次世代エネルギー源として脚光を浴びている。しかし光エネルギー変換効率が低いという問題点があった。

共同研究チームは水中プラズマを利用して合成した水素二酸化チタン(Hydrogenated TiO2)ナノ粒子を有機太陽電池の電子輸送層に用いて既存の二酸化チタン(TiO2)を使用する有機太陽電池より約50%以上高めた光エネルギー変換効率9.12%を達成した。

水素二酸化チタンは一般的に電子輸送層に使用される二酸化チタンに比べて向上した電気伝導度を示す。これにより有機太陽電池の電荷輸送、抽出能力が高まることが分かっている。それだけでなく低いバンドギャップを形成することで紫外線を照射した際にのみ効果的な電子移動が可能だった既存の有機太陽電池の性能と寿命低下の問題点も解決した。

既存の水素二酸化チタン合成方式である水素熱処理方式、化学的気相蒸着法などは高価の装置を必要とし、多量の化学物質を使用するので環境汚染物質が発生するという問題があった。また合成に平均で5時間以上かかるため量産化には限界があった。

反面、今回開発された水中プラズマ水素二酸化チタン合成システムは構造が簡単なだけでなく、合成時間を5分以内に短縮できる。従来の技術の60倍以上生産速度を高めることができ、プラズマ以外に他の化学物質を使用しないので環境親和的。

水中プラズマを利用して水素二酸化チタンの合成に成功した事例はこれが世界で初めて。研究チームは本技術により生産した水素二酸化チタンナノ粒子が次世代太陽電池だけでなくディスプレイ、光センサー、太陽光触媒システムなどにも活用できるものと期待している。

核融合研のユ・ソクチェ所長は「プラズマを利用した技術は工程が簡単で2次環境汚染がなく費用節減 効果とともに高効率生産が可能であるのが特長。これまで全量を輸入に依存してきたナノ粒子産業のトレンドを変え、新たな市場創出と輸出効果を期待できる」と述べた

研究結果は『Advanced Energy Materials』に1月30日付で掲載された。






[2018-02-27]

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