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

 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


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