出版社内容情報
★色素増感太陽電池の国内研究の歴史、基礎技術、材料開発の 最新動向から将来展望まですべてを網羅！
★国内第一線の研究者41名による分担執筆！
推薦文（一部抜粋）
立命館大学教授・総合情報センター長 大阪大学名誉教授 濱 川 圭 弘
このプロジェクトを成功に導く鍵技術は、太陽電池セルの低コスト化と高効率化にあり、この観点から、上記のシリコン系材料のほかに化合物半導体や有機半導体など、さまざまな新素材をめぐる研究開発も推進されています。中でも本書で取り扱う「色素増感太陽電池」は研究開発段階ながらすでに8.5～10％程度の変換効率が日・米・欧の複数の研究機関で達成されており、色素増感という独特の原理からその色感覚と芸術性を生かした色つきの光透過型（シースルー型）モジュールの実現も容易です。更にセルコストも現在の半導体太陽電池と比べて格段と安価に出来る可能性も秘めており、いわばこの分野のルーキーであります。
本書はこの技術分野で、わが国で草分けを成された産業技術総合研究所の荒川裕則部長の企画監修により、研究開発の歴史にはじまり、基礎物性、材料開発、セルの固体化から関連特許にわたる情報を最前線で活躍中の権威者により著されたもので、新産業への参加をめざす企業人、研究者、技術者はもとより、新エネルギーに関心を抱く大学院生、専攻分野学生などに焦点をしぼった専門書としてお奨め致します。
刊行のねらい
太陽光発電は，２１世紀の人類の持続可能な発展を確実にするためのクリーンエネルギー開発の観点から最も期待される技術開発の一つである。日本においても1980年頃から旧通産省のサンシャイン計画の研究開発プロジェクトを中心として20年以上の研究開発が続けられてきている。そのかいあって太陽電池技術は，ここ数年来実用化の段階に入っているが，いまだ一般に広く普及するに至っていない。その製造コストが依然として割高なせいである。即ち，低コストの太陽電池の開発が太陽光発電によるクリーンエネルギーの大幅な導入には欠かせない条件となってきている。
1990年にスイス国のローザンヌ工科大学（ＥＰＦＬ）のGraztel 教授らにより発表された新しいタイプの色素増感太陽電池（グレッツェル・セル）は，製造コストを大幅に削減できる可能性があること，今までの色素増感太陽電池に比べ性能が格段に高くアモルファスシリコン太陽電池と同等以上の性能を持つこと，着色透明な太陽電池が作れることなど，従来の太陽電池にはない魅力を持つことから世界的に注目されている。発表以来，ヨーロッパを中心とした世界各国の大学や公立研究機関あるいはベンチャー企業等を含めた多様な研究サイトで基礎的検討から実用化研究まで幅広く検討されるようになってきている。
日本においても数年前から急速に注目され始め，多くの企業や大学等で，その研究開発が検討されているような状況となってきているが，グレッツェル・セルに関する研究情報を幅広く把握できる手頃な解説書がなかった。
本書はこのような背景をもとに出版が企画されたものである。その特徴として色素増感太陽電池の研究開発の歴史からグレッツェル・セルの基礎，研究開発課題，関連する研究展開，特許情報，海外の研究状況，さらには日本の太陽光発電プログラムなどについての概要を，この本一冊で簡単に把握できるように工夫されている。また，研究の最前線にいる産官学の40名以上の研究者が各々の研究課題について紹介したものであり，色素増感太陽電池の研究開発の最新技術を把握するのにも最適な構成となっている。本書が新しいタイプの色素増感太陽電池（グレッツェル・セル）についての入門書として役に立てば望外の喜びである。
最後に，お忙しい中をご執筆いただいた，執筆者各位に心より感謝申し上げるとともに本書の出版にご尽力をいただいたシーエムシー編集部の江幡雅之氏，奈良美千子氏に厚くお礼を申し上げる次第である。
2001年5月 産業技術総合研究所 荒川 裕則
執筆者一覧（執筆順，敬称略）
藤嶋 昭 東京大学大学院 工学系研究科 応用化学専攻 教授
松村道雄 大阪大学 太陽エネルギー化学研究センター 教授
荒川裕則 産業技術総合研究所 光反応制御研究センター センター長
石沢 均 （株）ニコン レンズ技術開発部 材料一グループ
橘 泰宏 産業技術総合研究所 光反応制御研究センター 特別研究員
藤橋 岳 住友大阪セメント（株） 新規技術研究所 新材料研究グループ 研究員
蜂屋 聡 出光興産（株） 中央研究所
松本 一 産業技術総合研究所 生活環境系特別研究体 界面イオニクス研究グループ 研究員
松田敏彦 科学技術振興事業団 科学技術特別研究員
杉原秀樹 産業技術総合研究所 光反応制御研究センター チームリーダー
高橋良明 産業技術総合研究所 光反応制御研究センター 特別研究員
Ashraful Islam 産業技術総合研究所 光反応制御研究センター 特別研究員
菅 貞治 （株）林原生物化学研究所 感光色素研究所
原浩二郎 産業技術総合研究所 光反応制御研究センター 研究員
佐山和弘 産業技術総合研究所 光反応制御研究センター 主任研究員
馬 廷麗 産業技術総合研究所 基礎素材研究部門；科学技術振興事業団 重点研究支援協力員
安部英一 産業技術総合研究所 基礎素材研究部門 総括研究員
昆野昭則 静岡大学 工学部 助教授
堀口尚郎 住友大阪セメント（株） 新規技術研究所 新材料研究グループ 研究員
菊地隆司 九州大学大学院 総合理工学研究院 助手
江口浩一 京都大学大学院 工学研究科 教授
吉田 司 岐阜大学大学院 工学研究科 助手
箕浦秀樹 岐阜大学大学院 工学研究科 教授
小野好之 富士ゼロックス（株） ITデバイス研究所
垰田博史 産業技術総合研究所 セラミックス研究部門 環境材料化学研究グループ グループ長
梅野正義 名古屋工業大学 工学部 極微構造デバイス研究センター長
田中成典 （株）東芝 研究開発センター 新機能材料・デバイスラボラトリー 主任研究員
小川哲司 産業技術総合研究所 光反応制御研究センター 特別研究員
北尾 修 産業技術総合研究所 光反応制御研究センター 主任研究員
櫻井正敏 （株）東芝 研究開発センター 記憶材料デバイスラボラトリー
北村隆之 大阪大学大学院 工学研究科 物質・生命工学専攻 助手
柳田祥三 大阪大学大学院 工学研究科 物質・生命工学専攻 教授
伊藤省吾 大阪大学 ベンチャー・ビジネス・ラボラトリー 講師（中核的研究機関研究員）
早瀬修二 （株）東芝 研究開発センター 研究主幹
金子正夫 茨城大学 理学部 自然機能科学科 教授
山田 淳 九州大学大学院 工学研究科 物質科学工学専攻群 教授
近藤敏啓 北海道大学 大学院理学研究科 化学専攻 助手
魚崎浩平 北海道大学 大学院理学研究科 化学専攻 教授
今堀 博 大阪大学大学院 工学研究科 物質・生命工学専攻 助教授
小川健一郎 新エネルギー・産業技術総合開発機構 太陽技術開発室長
鈴木 悟 産業創造研究所 調査研究部 主幹研究員
構成および内容
推薦文 濱川圭弘
〈日本における色素増感研究編〉
第１章 色素増感研究の歴史 藤嶋 昭
１ はじめに
２ 半導体の電気化学的分光増感
３ 強色素増感反応など
４ おわりに
第２章 グレッツェル・セル登場以前の色素増感型太陽電池の研究 松村道雄
１ はじめに
２ 色素増感型太陽電池の基本構造
３ 我々が70年代に行った酸化亜鉛多孔性電極を用いた色素増感型太陽電池の研究
3.1 色素増感光電流を増加させるための色素層の多層コーティングの検討
3.2 多孔性ZnO焼結電極の開発
3.3 多孔性ZnO焼結電極を用いた色素増感型太陽電池における酸化還元対の選択
3.4 多孔性ZnO焼結電極を用いた色素増感型太陽電池の作製
４ おわりに
〈グレッツェル・セルの基礎と実際編〉
第３章 グレッツェル・セルの基礎 荒川裕則
１ はじめに
２ グレッツエル・セルの構造と作動原理
2.1 グレッツェル・セル開発の背景
2.2 グレッツェル・セルの構造
2.3 グレッツェル・セルの作動原理
2.4 高性能な理由と理論効率
2.5 グレッツェル・セルの特徴
３ グレッツェル・セルの性能評価と追試
４ グレッツェル・セルの耐久性，安定性
５ グレッツェル・セルの新しい展開
5.1 TiO2以外の酸化物半導体薄膜光電極を用いる色素太陽電池
5.2 新規な高性能金属錯体色素の開発
5.3 有機色素を用いた色素増感太陽電池の研究開発
5.4 グレッツェル・セルの固体化とプラスチック太陽電池
5.5 実用化研究
６ おわりに
第４章 グレッツェル・セル作成の実際 荒川裕則，石沢 均
１ はじめに
２ TiO2多孔質薄膜光電極の作製
2.1 チタニアゾル溶液の調製
2.2 チタニアコロイド溶液の調製
2.3 チタニアペーストの調製
2.4 チタニア多孔質薄膜光電極の作製
2.5 Ru増感色素の固定
2.6 Ru増感色素を固定したTiO2多孔質薄膜光電極のピリジン処理
３ 対極の作製と電解質溶液の組成
４ 太陽電池としての性能評価
５ 最適化プロセス
６ おわりに
第５章 グレッツェル・セルの電子移動メカニズム 橘 泰宏
１ はじめに
1.1 概要
1.2 電池内の電子移動過程
２ 電池内の正反応電子移動過程
2.1 励起色素の酸化物半導体への電子注入
2.2 酸化物半導体結晶内での電子輸送
2.3 酸化物半導体から透明酸化スズ電極への電子移動
2.4 色素酸化体の酸化還元レドックス電解質による再還元
2.5 色素再還元により生成されたホールの電解質内での輸送
2.6 ホールの対極への注入
３ 電池内の逆反応電子移動過程
3.1 色素の電子励起状態の緩和と失括
3.2 電子注入によって酸化物半導体内に生成された電子と色素酸化体との再結合
3.3 酸化物半導体内の電子とレドックス電解質酸化体（酸化ヨウ化物イオン）との再結合
3.4 透明酸化スズ電極で収集された電子とレドックス電解質酸化体との再結合
４ 太陽電池内の各電子移動過程と効率との関係
4.1 短絡光電流について
4.2 開放端電圧について
５ おわりに
第６章 グレッツェル・セルの耐久性・安定性の検討 藤橋 岳，荒川裕則
１ はじめに
２ 国内外の研究状況
３ 色素増感型太陽電池の耐久性における課題
3.1 半導体電極の安定性
3.2 増感色素の安定性
3.3 封止セル化
3.4 電解液の安定性
3.5 対向電極
４ まとめ
第７章 グレッツェル・セルの電解質溶液 蜂屋 聡，荒川裕則
１ はじめに
２ グレッツェル・セルの電解質溶液に求められる主な特性
３ 各論
3.1 起電力の面から
3.2 電流の面から
3.3 安定性の面から
3.4 その他
４ 今後の検討の方向について
第８章 常温溶融塩色素増感太陽電池 松本 一
１ はじめに
２ 常温溶融塩の構造
３ 常温溶融塩の色素増感太陽電池への応用
3.1 希釈系
3.2 ヨウ化物系常温溶融塩
４ まとめ
第９章 色素増感太陽電池レドックスの影響 松田敏彦
１ はじめに
２ 色素増感太陽電池で用いられるレドックス
３ 色素増感太陽電池におけるレドックスの役割
3.1 レドックス電位
3.2 レドックスによる電荷輸送
3.3 その他レドックスの選択の条件
４ レドックスの酸化体による暗電流
５ フェロセンとヨウ素レドックスの比較
６ おわりに
〈グレッツェル・セルの材料開発編〉
第10章 新しい金属色素増感剤の開発
１ フェナントロリン色素太陽電池の開発 杉原秀樹，荒川裕則
２ キノリン色素太陽電池の開発 杉原秀樹，荒川裕則
３ β－ジケトナート錯体色素太陽電池の開発 高橋良明
3.1 金属錯体色素における補助配位子の役割
3.2 β－ジケトナート錯体色素を用いた太陽電池（１）
3.3 β－ジケトナート錯体色素を用いた太陽電池（２）
3.4 まとめ
４ Sensitization of nanocrystalline titanium dioxide by transition metal polypyridyl complexes A.Islam,H.Arakawa
要旨
4.1 Introduction
4.2 Excited states of transition metal polypyridyl complexes and their role in dye sensitized solar cell
4.3 Platinum (II) polypyridyl photosensitizers for TiO2 solar cells
第11章 有機増感色素の開発 管 貞治
１ はじめに
２ 増感色素
2.1 太陽電池への展開
2.2 ポリメチン色素
2.2.1 シニアン色素
2.2.2 メロシアニン色素
2.3 色素の合成
３ おわりに
第12章 マーキュロクロム色素太陽電池の開発 原 浩二郎，荒川裕則
１ はじめに
２ マーキュロクロムの基礎物性
３ マーキュロクロム太陽電池の光電変換特性
４ 光電変換特性における電解質，電解液溶媒の影響
５ 反応メカニズム
６ まとめ
第13章 キサンテン色素太陽電池の開発 佐山和弘，荒川裕則
１ はじめに
２ 各種有機色素の探索
３ キサンテン系色素太陽電池
４ TiCl4処理効果のメカニズム
５ ＥＹ電池の寿命試験について
第14章 シアニン・メロシアニン色素太陽電池の開発 佐山和弘，荒川裕則
１ はじめに
２ シアニン系色素
2.1 色素と半導体との結合状態が電池特性に及ぼす影響
2.2 各種半導体電極
３ メロシアニン色素
3.1 メロシアニンの会合状態と電池特性
3.2 メロシアニン色素の安定性評価
第15章 ポルフィリン色素増感太陽電池の開発 馬 廷麗，安部英一
１ はじめに
２ ポルフィリン類の光増感
2.1 ポルフィリン錯体
2.2 ポリフィリンのフリーベース
2.3 二種ポルフィリンの併用
３ ポルフィリン類の電荷注入のメカニズム
４ おわりに
第16章 非チタニア型太陽電池の開発（酸化スズ・酸化亜鉛混合太陽電池） 昆野昭則
１ はじめに
２ 作製方法
３ 結果および考察
４ おわりに
第17章 複合化酸化物半導体電極の開発 堀口尚郎，荒川裕則
１ はじめに
２ 複合化酸化物半導体電極
2.1 SnO2電極をベースとした複合化電極
2.2 電極作製方法
2.3 複合化SnO2電極の特性
2.4 その他の複合化電極
３ おわりに
第18章 Nb2O5を用いた色素増感太陽電池の開発 菊地隆司，江口浩一
１ TiO2代替電極の開発
２ Nb2O5色素増感太陽電池作製法と光電気化学特性
３ Nb2O5複合体電極の光電気化学特性
４ まとめ
第19章 酸化亜鉛／色素複合薄膜の自己組織化電析と太陽電池への応用 吉田 司，箕浦秀樹
１ はじめに
２ 化合物半導体薄膜の電気化学的作製と半導体／色素複合薄膜の自己組織化
３ ZnO／TSPcSi複合体の形成
４ ZnO／eosinY複合膜の光電極機能
５ おわりに－色素増感型太陽電池開発における電析法の将来展望
第20章 ＣＤＶを用いた色素増感太陽電池の作製 小野好之
１ はじめに
２ 大気開放型ＣＶＤ法
３ 大気化ＣＶＤによる光電極の作製
４ 他の成膜プロセスとの比較
５ まとめ
第21章 ディップコート法を用いた色素増感太陽電池の作製 垰田博史
１ はじめに
２ 酸化チタン多孔質膜
３ 酸化チタンコーティング液の調製
４ ディップコート法による基板へのコーティング
５ 酸化チタン多孔質膜の調製
６ 酸化チタン多孔質膜を用いた太陽電池の作製
７ 超臨界流体を用いた酸化チタン膜の調製
８ おわりに
第22章 スピンコート法による色素増感太陽電池の作製と評価 梅野正義
１ 概要
２ はじめに
３ 実験方法
４ 結果と考察
4.1 濃縮温度の最適化
4.2 ＰＥＧ添加量の最適化
4.3 TiO2薄膜の膜厚の違いによる効率の変化
4.4 色素増感TiO2太陽電池の量子効率と光吸収
4.5 ＴＢＰ添加の効果
５ まとめ
第23章 色素増感太陽電池の効率のシミュレーション 田中成典
１ はじめに
２ 湿式セルのシミュレーション
３ 乾式セルのシミュレーション
４ おわりに
第24章 色素増感太陽電池の理論的研究 小川哲司，北尾 修
第25章 多色多層パターン化による新規応用 櫻井正敏
１ 色素増感セルの可能性
２ 色素増感型セルの特徴
2.1 透光性
2.2 波長選択性
2.3 パターン化等，発展の容易さ
３ 特徴を活かした新規セルの提案
3.1 波長選択＋透光性→積層型カラーセンサ，超高効率太陽電池
3.2 波長選択＋パターン化→看板／ステンドグラス状太陽電池
3.3 パターン化＋透光性→複数構造物位置決めセンサ
3.4 波長選択＋パターン化＋透光性→光電変換機能付きカラーフィルタ
４ セル試作・動作原理検証
4.1 多色多層カラーセンサ
4.2 パターンセル
4.3 透過型位置決めセンサ
５ まとめ
〈色素増感太陽電池の固体化編〉
第26章 固体化色素増感太陽電池の世界の動向 北村隆之，柳田祥三
１ 溶液系色素増感太陽電池の安定性
２ 電解質の固体化
３ 固体ホール輸送層の導入法
3.1 溶液・分散液の直接導入
3.2 イオン伝導性低分子ゲル
3.3 高分子材料のその場重合
3.4 ポリマー中へのTiO2微粒子の分散
４ おわりに
第27章 電子伝導性材料を使用した固体型色素増感太陽電池 伊藤省吾，柳田祥三
１ はじめに
２ 無機ホール輸送材料
３ 有機ホール輸送材料
3.1 有機高分子ホール輸送材
3.2 有機低分子ホール輸送材
４ おわりに
第28章 擬固体色素増感太陽電池 早瀬修二
１ はじめに
２ 電解質の組成と役割
３ 擬固体色素増感太枦澱?
3.1 電解質を固体化する意味
3.2 擬固体化色素増感太陽電池の作製プロセスと必要とされる電解液の特性
3.3 ゲル電解質を使った擬固体色素増感太陽電池研究動向
3.4 化学ゲル電解液を作製するための条件
3.5 ゲル電解質の特性
3.6 太陽電池特性
４ 結論
〈光電池の新展開及び特許編〉
第29章 光化学電池の新しい展開 金子正夫
１ はじめに
２ 光電池の原理と概要
３ 光化学電池の展開
４ グレッツェル電池への展開
４ 新しい展開
６ おわりに
第30章 ルテニウム錯体－ビオローゲン連結分子修飾電極を用いた光電池 山田 淳
１ はじめに
２ 非連結系
３ 連結系
４ 三次元集積化
５ おわりに
第31章 自己組織化分子層修飾電極を用いた光電池 近藤敏啓，魚崎浩平
１ はじめに
２ 分子修飾法
2.1 化学修飾法
2.2 自己組織化（SA）法
３ ＳＡＭ修飾電極
3.1 高効率光誘起アップヒル電子移動系の構築
3.2 光励起電子のベクトル輸送とエネルギー貯蔵
４ おわりに
第32章 ポルフィリン単分子膜結合電極による光電池変換 今堀 博
１ はじめに
２ 金属電極上のポルフィリン単分子膜
３ 金属電極上の混合単分子膜
４ 半導体電極上のポルフィリン単分子膜
５ 今後の課題
第33章 太陽光発電技術の現状と将来展望 小川健一郎
１ 人類にとって太陽光発電とは何か
２ 太陽光発電は何が優れているか
３ 太陽光発電の普及への課題
４ 太陽光発電技術開発の経緯
５ 導入普及の現状とコスト低減への課題
６ 今後の展望（何をなさねばならないか）
6.1 技術面での課題
6.2 社会全体の受け入れ基盤の醸成
第34章 色素増感太陽電池特許情報 鈴木 悟
〈海外の研究情報編〉
第35章 Institute fur Angewandte Photovoltaik（INAP） 荒川裕則
１ はじめに
２ ＩＮＡＰ社
３ おわりに
第36章 Netherlands Energy Research Foundation（ECN） 柳田祥三
第37章 Sustainable Technologies Australia（STA） 柳田祥三
第38章 Solaronix 柳田祥三
