屋内色素増感太陽電池用、低温印刷可能な多孔質炭素対極用バインダーとしてのヒドロキシプロピルセルロース
Hydroxypropyl Cellulose as an Effective Binder for Low-Temperature Screen-Printed Porous Carbon Counter Electrodes for Indoor Dye-Sensitized Solar Cells
屋内用太陽電池デバイスの低コスト化と持続可能性が求められる中、色素増感太陽電池(DSSC)は人工光ハーベスティングの有力候補である。従来の白金(Pt)対極は高価で希少なため、DSSCの商業化を制限している。炭素材料は安価で豊富だが、市販の炭素ペーストは高温焼結が必要となる場合が多い。本研究では、バイオ由来のヒドロキシプロピルセルロース(HPC)をバインダーとして使用し、低温で印刷可能な炭素複合対極(LoT-HPC)を開発した。このLoT-HPCインクは、優れた印刷適性と均一な膜厚を実現する。カスタムLoT-HPC複合材料と、市販の高温印刷グラファイトペースト(HT-Elco)、標準的なスパッタリングPt-FTO電極を比較した結果、構造的および電気化学的触媒的利点が示された。DSSCデバイスに組み込み、屋内低照度(1000 lux)下で評価したところ、LoT-HPCセルは14.8%の電力変換効率(PCE)と103.9 μA cm−2の短絡電流密度を達成した。さらに、200時間の連続光照射とJ-Vサイクル後も初期効率の98.6%を維持する優れた動作安定性を示した。HPCバインダーを用いることで、エネルギー集約的な熱処理なしに、持続可能な炭素対極の低温製造が可能となり、屋内DSSC製造のスケーラブルな道筋が示された。
- ヒドロキシプロピルセルロース(HPC)をバインダーとした低温印刷可能な炭素対極(LoT-HPC)を開発し、高温焼結を不要とするDSSC製造プロセスを実証
- 屋内低照度(1000 lux)下でLoT-HPCセルが14.8%の電力変換効率と103.9 μA cm−2の短絡電流密度を達成
- 200時間の連続光照射とJ-Vサイクル後も初期効率の98.6%を維持する動作安定性を確認
屋内用太陽電池の分野で、高価で希少な白金(Pt)対極に代わる低温印刷可能な炭素対極の実証は、DSSCのコスト低減と商業化に向けた重要な進展。バイオ由来バインダーによる低温製造プロセスはエネルギー集約的な高温焼結を不要にし、製造コストと環境負荷の両面で優位性を持つ。1000 luxの屋内環境で14.8%の電力変換効率と200時間後の98.6%の効率維持を達成しており、IoTセンサーやスマートビルディング向けの屋内エネルギー収穫市場での実用化期待を高める。エネルギー材料分野のスタートアップや既存素材メーカーにとって、スケーラブルな低コスト太陽電池製造の新たな選択肢となる点に投資的関心がある。