透明電極上に形成された陽極酸化TiO_2ナノチューブ膜の色素増感太陽電池への応用

摘要

Titanium oxide nanotubes are nanomaterials which draw attention as a negative electrode for a dye-sensitized solar cell (DSC). Anodization of titanium is a promising method to fabricate a vertically-oriented titanium oxide nanotube film on a transparent conductive oxide (TCO) layer. The application of an anodic titanium oxide nanotube film to a negative electrode of a DSC requires direct formation of a crystalline titanium oxide nanotube film of about 10 μm in thickness on a TCO layer. In this study, a titanium film deposited on a TCO layer by the DC magnetron sputtering method was anodized to form an anodic titanium oxide nanotube film, and it was annealed in oxygen atmosphere to crystallize. In addition, the crystalline nanotube film was applied to a DSC. The ideal factor n, the series resistance R_s and the shunt resistance R_(sh) were estimated from the analysis of the Ⅰ-Ⅴ characteristic. In the result, the series resistance R_s was improved compared with a DSC using TiO_2 nanoparticles as a negative electrode.%透明電極上に形成された酸化チタン(TiO_2)ナノチューブ膜は、色素增感太陽電池(DSC)の陰極材料として注目されているナノ材料である。陽極酸化法は高い制御性を持ち、基板上に垂直配向したTiO_2ナノチューブ膜を形成するための有力な手法である。TiO_2ナノチューブをDSCに応用するためには、透明電極上に厚さが10μm程度のTiO_2ナノチューブ膜を形成し、結晶化させなければならない。そこで、本研究では、透明電極上にDCマグネトロンスパッタ法を用いて金属チタン(Ti)膜を堆積し、陽極酸化を行うことにより、TiO_2ナノチューブ膜を透明電極上に直接形成した。また、酸素雰囲気中で熱処理を行うことによりそれを結晶化させ、DSCに応用した。DSCのⅠ-Ⅴ特性を解析することにより理想係数(n)、直列抵抗(R_s)、並列抵抗(R_(sh))を導出し、その評価を行った。その結果、TiO_2ナノチューブ膜を用いた場合、TiO_2ナノ粒子膜を用いたDSCと比べてR_s，が低滅されていることが分かった。