電気化学測定装置

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CIMPS 太陽電池評価システム

  • DSSC内部の電子移動過程(電子寿命、電子拡散)の評価に
  • 光強度を随時モニタリングし、正確で安定した光源の供給が可能
  • 正確な光強度・変調を制御可能にするLED光源を採用
CIMPS


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  • はじめに
  • 原理
  • システム&オプション
  • 専用LED光源

 近年、次世代太陽電池の一つとして色素増感太陽電池(DSSC or DSC, Dye-sensitized Solar Cell)が注目されています。この色素太陽電池(Grätzelセル)は1991年にスイス・ローザンヌ工科大学(EPFL)のGrätzelらによって、ナノポーラスなチタニア(TiO2 )半導体電極とルテニウム(Ru)金属錯体および電解質からなる新規な湿式太陽電池として発表されました。Grätzel DSSCは高い光電変換効率があり、シリコン太陽電池に比べ安い製造コスト、原材料の資源的制約が少ないなどの利点があり、実用化が期待されています。

実用化に有利な太陽電池となるため光電変換効率の更なる向上、安全性および耐久性などの課題があります。
色素増感度太陽電池性能向上のため、今までいろいろな評価法が使われました。

例えば

  • I-V測定(曲線因子FF)
  • 暗電流測定
  • 色素濃度測定
  • 分光感度測定IPCE(量子効率測定)
  • 界面抵抗測定(交流インピーダンスEIS測定)
  • IMPS・IMVS測定(電子寿命、拡散定数測定)
  • 過度電流・電圧応答測定(拡散定数・電子寿命測定)

などがあげられます。
ドイツZahner社の光強度変調制御光電流分光法CIMPS(Controlled Intensity Modulated Photocurrent Spectroscopy)と光強度変調制御光電圧分光法CIMVS (Controlled Intensity Modulated Photovoltage Spectroscopy)は従来のIMPS、IMVS測定法を改良し、光源の光強度と変調を安定正確な制御で、DSSCセル光電子変換過程、効率と反応機構などをより正確に評価でき、太陽電池、光誘起高分子などの研究において、大きな力を発揮します。

光強度変調制御光電流分光法CIMPSの原理

 CIMPSシステムは、インピーダンスアナライザーIM6/ZENNIUMのアプリケーションの一つです。従来の光強度変調光電流分光法(Intensity Modulated Photocurrent Spectroscopy;IMPS)では、光源としてレーザーがよく用いられます。しかしレーザーを使用した場合、変調器、発振器、増幅器といった周辺機器の影響を受け、光強度や変調を正確に制御することが非常に困難です。

 CIMPSシステムでは、光源としてLEDを採用し、測定に最適なLEDを光源専用のポテンショスタットで制御(Controll)するため、周辺機器からの影響を受けずに正確な光強度で、且つ安定な光源を広い周波数範囲で供給することができます。従って、エネルギー変換効率を定量的に評価できる優れたシステムであることから、CIMPS (Controlled Intensity Modulated Photo Spectroscopy)という名称がつけられました。

 CIMPSシステムは、IM6/ZENNIUM、光源制御用ポテンショスタット、光学ベンチ、光学ユニット(下記のLED光源一覧を御覧ください)、ソフトウェアというパッケージによって構成され、標準のソフトを使えば、通常の光電気化学測定法の他にシミュレーションやフィッティング機能も可能です。また、Ag/AgCl参照電極、Ptカウンター電極を備えた光電気化学セルもオプションとして取り揃えています。

CIMPS

 I-V測定によるフィルファクター(ff)因子やIPCEは光変換効率を評価できても、セル性能低下の原因などを直接的に調べることができません。
 CIMPSの主な特徴の一つであるEIS測定では、セル内部各界面の抵抗解析、さらに、IMPS,IMVSから光電子寿命、拡散定数などを詳しく調べることができます。
 つまり、DSSCの性能低下の要因を解析し、DSSCの最適化と性能向上に役立てられるのです。

システム & オプション

カタログNo. 商品名 仕様
CIMPSコンプリートシステム
012750 CIMPS-1 ZENNIUM インピーダンスアナライザー
Xpot 外付ポテンショスタット
光学台,センサー,LEDユニット(LEDは別売)
CIMPS&THALES ソフトウェアパッケージ
012751 CIMPS-2 ZENNIUM インピーダンスアナライザー
PP211 パワーポテンショスタット
光学台,センサー,LEDユニット(LEDは別売)
CIMPS&THALES ソフトウェアパッケージ
吸光度測定オプション
012758 CIMPS-abs スペクトロメーター,LED光源 or タングステン光源
PECC-2 光電気化学セル(2個), CIMPS-absソフトウェア
012818 CIMPS-abs-uvn スペクトロメーター,重水素/タングステン光源
PECC-2 光電気化学セル(2個), CIMPS-absソフトウェア
放射照度測定オプション
012759 CIMPS-emit SEL033 キャリブレーションセンサー
スペクトロメーター,CIMPS-emitソフトウェア
IPCE(Incident photon conversion efficiency:光電子変換効率)オプション
012761 CIMPS-pcs TLS 波長可変光源,CIMPS-pcsソフトウェア
高速トランジェント測定オプション
012820 CIMPS-fit 高速トランジェントレコーダー, CIMPS-fit ソフトウェア
動的透過/反射測定オプション
012821 CIMPS-dtr Xpot 外付けポテンショスタット, CIMPS-dtr ソフトウェア
光電気化学セル
012628 PECC-1 光電気化学セル
012629 PECC-2 光電気化学セル
デモボード
012823 SIMPECC CIMPSデモボード
PECC 光電気化学セル

CIMPS用LED光源

カタログNo. Color Dominant
Wavelength
(nm)
Spectral
Half-Width
(nm)
Typ. Flux
(lm)
or
Typ.Power
(mW)
Max. input
current
(mA)
Part
Code
Number
013236 White (3200K) - 100 lm 700 WLR01
012915 UV 385 160 mW 240 LW385
013237 UV 395 20 770 mW 300 UVR01
012916 UV 405 20 300 mW 300 LW405
012918 430 50 14 mW 240 LW430
012877 435 30 720 mW 400 LW435
012919 450 30 40 mW 400 LW450
013238 Royal Blue 448 24 625 mW 700 KBR01
013239 Blue 470 33 48 lm 700 BR01
013240 Cyan 505 30 110 lm 700 CYR01
012922 525 30 120 mW 400 LW525
013241 Green 530 30 160 lm 700 GRR01
012923 565 25 12 mW 360 LW565
012924 570 15 36 mW 600 LW570
013242 Amber 590 20 65 lm 700 GER01
013243 Orange 617 20 100 lm 700 ORR01
012927 620 120 mW 240 LW620
013244 Red 627 20 85 im 700 RTR01
012929 630 20 150 mW 400 LW630
012930 645 20 120mW 400 LW645
012931 660 20 180 mW 400 LW660
012932 670 450 mW 240 LW670
012933 680 20 300 mW 400 LW680
012934 690 20 500 mW 400 LW690
012935 700 20 500 mW 400 LW700
012936 735 30 1 W 750 LW735
012937 740 30 900 mW 750 LW740
012938 750 30 1 W 750 LW750
012939 760 30 1 W 750 LW760
012940 780 40 1000 mW 750 LW780
012941 790 1000 mW 600 LW790
012942 810 30 1000 mW 750 LW810
012943 830 1000 mW 600 LW830
012944 850 40 1500 mW 1000 LW850
012945 870 40 1600 mW 1200 LW870
012947 890 40 850 mW 1000 LW890
012948 910 40 1200 mW 1000 LW910
012949 940 40 1200 mW 1000 LW940
012950 950 700 mW 800 LW950
012951 970 55 480 mW 1200 LW970
012952 990 480 mW 600 LW990
012953 1050 55 120 mW 800 LW1050
012954 1200 100 210 mW 1200 LW1200
012955 1300 100 110 mW 1200 LW1300
012956 1450 100 120 mW 800 LW1450
012957 1550 100 100 mW 1200 LW1550
013245 Royal Blue
to UV
switchable
370
428
470
10
20
20
18 mW
60 mW
40 mW
180
160
100
BUVZ01




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