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色素増感太陽電池の最新技術 II (普及版)

  • Recent Advances in Research and Development for Dye-Sensitized Solar Cells II (Popular Edition)
2007年刊「色素増感太陽電池の最新技術 II」の普及版。次世代エネルギーとして実用化に向けて研究が進む色素増感太陽電池。実用化に向けた国内での開発動向から海外の研究機関の動向、特許情報をわかりやすくまとめた1冊です。

商品コード: B1026

  • 監修: 荒川裕則
  • 発行日: 2013年3月8日
  • 価格(税込): 4,968 円
  • 体裁: B5判、289ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0708-4

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  • 電子移動 / 導電性基板 / Ru系錯体 / イオン液体 / プラスチックフィルム / モジュール / 光キャパシタ / 光ニ次電池 / チタニア光電極

刊行にあたって

 2001年に色素増感太陽電池に関する入門書として『色素増感太陽電池の最新技術』が株式会社シーエムシーから出版された。この入門書では、その当時の色素増感太陽電池の研究の第一線の多くの専門家の先生方に御執筆いただいた。その結果、読者の方々から大変ご好評いただき、まさに色素増感太陽電池に関する解説書、入門書としての役割を果たすことができた。
 『色素増感太陽電池の最新技術』の発刊以来、5年の歳月が経過し、色素増感太陽電池の研究開発も一段と進み、フレキシブル色素増感太陽電池の開発や実用化を意識した研究開発等も行われるようになってきた。また、日本では産官学の多くの研究機関で、色素増感太陽電池に関わる広範な研究開発が行われ、5年前には予想できなかった多くの進捗が見られ、『色素増感太陽電池の最新技術』の改訂版を望む声が編集部に多く寄せられた。
 このような背景をもとに、『色素増感太陽電池の最新技術』の姉妹版である本書『色素増感太陽電池の最新技術II』が発刊される運びとなった。本書は色素増感太陽電池の研究開発の最前線にいる36人の研究者、技術者が各々の研究課題について、過去5年間の研究開発の進捗状況を中心として紹介したものであり、基礎編、実用化編、海外編、応用編の4部構成となっている。基礎編では色素増感太陽電池の研究開発における基礎基盤的な研究成果が述べられている。実用化編では、色素増感太陽電池のモジュール開発を行っている企業、大学からのモジュール開発の紹介記事となっている。海外編では、ヨーロッパと東アジアを中心とした海外の研究機関における色素増感太陽電池の研究開発の動向が紹介されている。応用編では、色素増感太陽電池の最近の特許動向のほかに、色素増感太陽電池を応用した蓄電池デバイスの作製について述べられている。本書が、色素増感太陽電池の最近の研究開発動向の把握に役立てば望外の喜びである。
(「はじめに」より抜粋)

2007年5月  東京理科大学 荒川裕則

<普及版の刊行にあたって>

 本書は2007年に『色素増感太陽電池の最新技術 II 』として刊行されました。普及版の刊行にあたり,内容は当時のままであり加筆・訂正などの手は加えておりませんので、ご了承ください。

2013年1月  シーエムシー出版 編集部

著者一覧

荒川裕則   東京理科大学 工学部 工業化学科 教授
正木成彦   大阪大学 先端科学イノベーションセンター 特任研究員
柳田祥三   大阪大学 先端科学イノベーションセンター 特任教授;名誉教授
岡田顕一   (株)フジクラ 材料技術研究所 化学機能材料開発部 係長
奥谷昌之   静岡大学 工学部 物質工学科 助教授
小柳嗣雄   触媒化成工業(株) 新規事業研究所
実平義隆   東京大学 先端科学技術研究センター 特別研究生;東北大学 大学院環境科学研究科
内田 聡   東京大学 先端科学技術研究センター 特任助教授
瀬川浩司   東京大学 先端科学技術研究センター 教授
箕浦秀樹   岐阜大学 大学院工学研究科 環境エネルギーシステム専攻 教授
吉田 司   岐阜大学 大学院工学研究科 環境エネルギーシステム専攻 助教授
山口岳志   東京理科大学 工学部 工業化学科 助手
紫垣晃一郎  日本化薬(株) 機能化学品研究所 技術開発グループ 研究員
井上照久   日本化薬(株) 機能化学品研究所 技術開発グループ長
片伯部貫   横浜国立大学 大学院工学研究院
川野竜司   横浜国立大学 大学院工学研究院
渡邉正義   横浜国立大学 大学院工学研究院 教授
早瀬修二   九州工業大学 大学院生命体工学研究科 教授
松井浩志   (株)フジクラ 材料技術研究所 化学機能材料開発部 係長
昆野昭則   静岡大学 工学部 物質工学科 助教授
G.R.アソカ クマラ  静岡大学 工学部 物質工学科 研究員
菱川善博   (独)産業技術総合研究所 太陽光発電研究センター 主任研究員
小出直城   シャープ(株) ソーラーシステム事業本部 次世代要素技術開発センター 主事
宮坂 力   桐蔭横浜大学 大学院工学研究科 教授;ペクセル・テクノロジーズ(株) 代表取締役
池上和志   桐蔭横浜大学 大学院工学研究科 助手
韓 礼元   シャープ(株) ソーラーシステム事業本部 次世代要素技術開発センター 第3開発室 室長
豊田竜生   アイシン精機(株) エネルギー開発部 SC開発グループ グループマネージャー
元廣友美   (株)豊田中央研究所 材料分野 材料物性研究室 室長
北村隆之   (株)フジクラ 材料技術研究所 化学機能材料開発部 主査
錦谷禎範   新日本石油(株) 研究開発本部 中央技術研究所 副所長
久保貴哉   新日本石油(株) 研究開発本部 中央技術研究所 水素・新エネルギー研究所 新エネルギーグループ チーフスタッフ;東京大学 先端科学技術研究センター 特任助教授
伊藤省吾   京セラ(株) 中央研究所 DSC開発課 滋賀八日市工場
Nam-Gyu Park  Korea Institute of Science and Technology(KIST) Center for Energy Materials、MaterialsScience and Technology Division
手島健次郎   ペクセル・テクノロジーズ(株) 研究開発部 主任研究員
村上拓郎   ローザンヌ連邦工科大学 博士研究員
酒井幸雄   (株)ダイヤリサーチマーテック 調査コンサルティング部門 主幹研究員

執筆者の所属表記は、2007年当時のものを使用しております。

目次

【基礎編】
第1章 研究開発の現状
1. はじめに
2. 色素増感太陽電池の現在の最高性能
3. これからの課題
3.1 大型セルの高性能化
3.2 単一セルとモジュールの耐久性の向上
4. 研究開発動向
4.1 導電性基板
4.2 半導体光電極
4.3 色素
4.4 電解質
4.5 対極
4.6 セル、モジュール化技術
4.7 その他
5. おわりに

第2章 色素増感太陽電池の電子移動メカニズム
1. はじめに
2. 多孔質酸化チタン電極での電子移動機構
3. 多孔質酸化チタン電極中の電子拡散係数
4. 多孔質酸化チタン電極中の電子寿命
5. 透明導電性電極の界面電子挙動
6. おわりに

第3章 色素増感太陽電池の導電性基板(1)
1. はじめに
2. 低抵抗透明導電膜
2.1 作製方法
2.2 特性
3. 金属格子配線
3.1 配線材料
3.2 特性
4. おわりに

第4章 色素増感太陽電池の導電性基板(2)
1. はじめに
2. 透明導電膜
3. 色素増感太陽電池のための透明導電膜
3.1 低抵抗透明導電膜の作製
3.2 透明導電膜の光吸収
3.3 光散乱効果の導入
4. おわりに

第5章 チタニア光電極用のナノチタニアと色素増感太陽電池
1. はじめに
2. 色素増感太陽電池の発電原理について
3. ゾル-ゲル法によるチタニア膜の形成法と特性
4. 固体/電解質の界面での光誘起電荷分離の詳細
5. 単分散性チタニアの特長と光マネジメント特性
6. 当社のチタニアコロイドラインアップ
6.1 チタニア半導体膜(二層構造)の製造法
7. コア-シェルチタニア粒子を使用したチタニア電極の特性
8. チタニアペーストの特長

第6章 酸化チタンナノワイヤーによる高効率色素増感太陽電池の作製
1. はじめに
2. 酸化チタンナノワイヤー
3. 酸化チタンナノワイヤーの合成
4. 酸化チタンナノワイヤーによる電池電極の作製
5. おわりに

第7章 チタニア光電極の光閉じ込め効果
1. はじめに
2. TiO2光電極の光閉じ込め効果による性能の向上
2.1 チタニア粒子と、それから構成されるペースト
2.2 Nペーストで構成される光電極を用いた色素増感太陽電池の性能
2.3 Mペーストで構成される光電極を用いた色素増感太陽電池の性能
2.4 積層構造の光電極を用いた色素増感太陽電池の性能
2.5 多層積層構造の光電極を用いた色素増感太陽電池の性能
2.6 Black dye色素増感太陽電池によるチタニア光電極の光閉じ込め効果
3. おわりに

第8章 電析法により作製される酸化亜鉛光電極を用いた色素増感太陽電池
1. はじめに
2. なぜ酸化亜鉛か
3. ナノポーラス酸化亜鉛/色素ハイブリッド薄膜の調製法
4. 電析法により得られるナノポーラス酸化亜鉛薄膜の微細構造
5. 光電極としての特性
6. おわりに

第9章 Ru錯体系増感色素
1. はじめに
2. N719色素とBlack dye色素
3. クォーターピリジンRu錯体色素
4. βジケトナートRu錯体色素
5. 長鎖置換基などを有するビピリジンRu錯体色素

第10章 有機色素を用いた色素増感太陽電池(1)―クマリン・ポリエン系色素―
1. はじめに
2. クマリン系高性能色素の開発
3. ポリエン系高性能色素の開発
4. おわりに

第11章 有機色素を用いた色素増感太陽電池(2)
1. はじめに
2. 色素増感太陽電池における増感色素の役割
3. アクリル酸系増感色素
4. アクリル酸系増感色素から酸化チタンへの電子注入速度
5. 高分子増感色素を用いた色素増感太陽電池
6. おわりに

第12章 色素増感太陽電池電解質としてのイオン液体
1. はじめに
2. イオン液体中のヨウ素レドックスカップルの電荷輸送機構
3. ヨウ素レドックスカップルの交換反応の溶媒種依存性と太陽電池セル性能に与える影響
4. イオン液体を用いた色素増感太陽電池性能
5. イオン液晶電解質の色素増感太陽電池への適用

第13章 色素増感太陽電池のイオン液体ゲルによる擬固体化
1. はじめに
2. 色素増感太陽電池の発電機構と作製方法
3. イオン液体型電解液
4. 擬固体化について
4.1 相分離と擬固体化(化学反応性ゲル)
4.2 相分離と擬固体化(ナノ粒子/イオン液体コンポジット)
4.3 相分離と擬固体化(反応性ナノコンポジット、潜在性ゲル電解質前駆体)
4.4 粒子ナノ界面をイオンパスとして使用するナノ粒子添加系ソフトゲル電解質
4.5 粒子界面を自己組織化イミダゾリウムイオンで修飾したハードクレイタイプ電解質―自己組織化によるイオンパスの作製―
4.6 直線状イオンパスを有する自己組織化イオンパスの作製
5. おわりに

第14章 色素増感太陽電池のナノコンポジットイオンゲル電解質
1. はじめに
2. ナノコンポジットイオンゲル電解質の開発
2.1 電解質の調製と基本物性
2.2 電解質特性の評価
2.3 太陽電池特性
3. その他の研究例(I-/I3-レドックス対の配列制御による高性能化)
4. おわりに

第15章 色素増感太陽電池の固体電解質
1. はじめに
2. ヨウ化銅をp-型半導体層とする固体型色素増感太陽電池
3. TiO2電極の作製法と短絡防止層の効果
3.1 TiO2電極作製法I
3.3 TiO2電極作製法II
4. ヨウ化銅の多孔質TiO2電極への充填とコンタクトの向上
5. 色素吸着多孔質TiO2層の表面被覆による電荷再結合の抑制と開回路電圧の向上
6. 有機色素を用いる固体型色素増感太陽電池の高効率化
7. おわりに

第16章 非ヨウ素系レドックス/非Pt系対極
1. はじめに
2. 非ヨウ素系レドックス
2.1 臭素系レドックス等
2.2 コバルト錯体系レドックス
2.3 透明非腐蝕性電解質溶液
2.4 固体系電解質
3. 非Pt系対極
3.1 カーボン系対極
3.2 ポリマー系対極
4. おわりに

第17章 プラスチックフィルム色素増感太陽電池
1. はじめに
2. 色素増感太陽電池の動作原理
3. マイクロ波の利用
4. マイクロ波焼結装置
5. 色素増感太陽電池への応用
6. おわりに

第18章 色素増感太陽電池の性能評価技術
1. はじめに
2. 実験およびサンプル
3. 性能評価技術各論
3.1 I-V特性の測定時間
3.2 I-V特性の照度依存性
3.4 分光感度特性の評価
4. おわりに

第19章 色素増感太陽電池の内部抵抗解析
1. はじめに
2. 色素増感太陽電池の内部抵抗
2.1 動作原理―色素増感太陽電池とpn接合型太陽電池の比較―
2.2 セル内部抵抗
3. 色素増感太陽電池の等価回路モデル
3.1 等価回路モデルの提案
3.2 等価回路モデルの検証
4. 等価回路モデルの応用
4.1 FF改善技術
4.2 セル評価技術
4.3 変換効率の現状と展望
5. おわりに

【実用化編】
第1章 プラスチックフィルム色素増感太陽電池
1. はじめに
2. プラスチック電極と半導体膜の低温成膜
3. プラスチック色素増感太陽電池モジュールの開発
4. 従来シリコン太陽電池との特性比較
5. 蓄電とユビキタス性が意味をもつプラスチック色素増感太陽電池
6. プラスチックモジュールの耐久性
7. おわりに

第2章 高性能・集積型色素増感太陽電池モジュール
1. はじめに
2. 単セルの高効率化技術
2.1 単セルのJsc改善技術
2.2 単セル大面積化技術
2.3 単セル変換効率の現状
3. 集積型色素増感太陽電池モジュールの高効率化技術
3.1 色素増感太陽電池モジュールの集積構造
3.2 高性能・集積型色素増感太陽電池モジュールの高効率化
4. おわりに

第3章 色素増感太陽電池モジュールの動向と展望
1. はじめに
2. DSCモジュールの分類
3. 各モジュールの特徴・報告例と課題
3.1 対向セルモジュール
3.1.1 特徴
3.1.2 報告例
3.1.3 課題と今後の動向
3.2 Z-モジュール
3.2.1 特徴
3.2.2 報告例
3.2.3 課題と今後の動向
3.3 モノリス型モジュール(3層モジュール、S-モジュール)
3.3.1 特徴
3.3.2 報告例
3.3.3 課題と今後の動向
3.4 W-モジュール
3.4.1 特徴
3.4.2 報告例
3.4.3 課題と今後の動向
4. おわりに

第4章 ガラス基板グリッド配線型色素増感太陽電池モジュール
1. はじめに
2. 素子大面積化に伴う問題点
3. 大面積モジュールの構造
4. グリッド配線型大面積モジュールの作製
5. おわりに

第5章 ガラス基板色素増感太陽電池
1. はじめに
2. イオン伝導性ポリマーを用いたDSCの固体化検討
3. バスバー付き透明導電基板を用いた大面積DSCの作製検討
4. おわりに

【海外編】
第1章 世界における色素増感太陽電池の研究開発
1. はじめに
2. Dyesol-STI(オーストラリア-スイス)
3. Solaronix SA(スイス)
4. ECN(オランダ)
5. フラウンフォーファー太陽エネルギー研究所(ドイツ)
6. プラズマ物理学研究所(中国)
7. ITRI(台湾)
8. Konarka Technologies、 Inc.(米国)

第2章 EPFLにおける色素増感型太陽電池の研究開発動向
1. はじめに
2. 高効率型セル
3. 高耐久型セル
4. 固体型セル
5. 光-電子物性測定
6. おわりに

第3章 韓国における色素増感太陽電池の研究開発動向―R&amp;D activities on dye-sensitized solar cell in Korea―
Abstract
1. Introduction
2. Research Activities
2.1 Nanocrystalline Wide Bandgap Materials
2.2 Dye Molecules
2.3 Redox Electrolytes
2.4 Low Temperature Process and Flexible Device
3. Summary and Outlook

【応用編】
第1章 色素増感型光蓄電素子「光キャパシタ」
1. はじめに
2. 光キャパシタの構造と動作機構
3. 光キャパシタの光充放電特性
4. 光キャパシタ構造の改良による光充放電特性の改善
5. 蓄電層の改良による光充放電特性の改善
6. 大型光キャパシタの作製と拡散太陽光下における出力特性
7. おわりに

第2章 色素増感光二次電池
1. はじめに
2. 「蓄電できる太陽電池」の基本構成
3. 導電性高分子を用いたES-DSSC
4. セパレータの改良
5. 電荷蓄積電極の改良
6. おわりに

第3章 色素増感太陽電池の最近の特許動向
1. はじめに
2. 特許調査方法と色素増感太陽電池の技術分類
3. 特許出願の全体動向
4. 技術分野別動向分析
5. 出願人別動向
6. EPFL/Graetzelの特許出願
7. 主要研究開発テーマ別特許出願の流れ
8. おわりに
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