二層式光化学電池の仮想デバイスシミュレータの作成 Virtual Device Simulator of Bipolar Photogalvanic Cell

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2層式光化学電池(Figure 1)の仮想シミュレータをVisual Basicを用いて作成した。この仮想デバイスにより、光照射開始時から定常電流値になるまでの応答速度から、電荷分離速度(<I>k</I><SUB>d</SUB>)および再結合速度(<I>k</I><SUB>r</SUB>)を算出することが可能であることが示された(Figure 3)。また、層の厚さを変えて、on-off応答を測定することにより、電荷分離領域の幅を推定できることが示唆された(Figure 4)。光電池の性能を向上させるためには拡散係数の向上だけでなく、光電荷分離効率の向上が重要であることが示された(Figure 5)。[Ru(bpy)<SUB>3</SUB><SUP>2+</SUP>]を増感剤、Prussian Blueをメディエータとして用いると、短絡光電流3μA/cm<SUP>2</SUP>、開放起電力0.15Vの光電池となることが明らかとなった。作用スペクトル測定(Figure 7)により、[Ru(bpy)<SUB>3</SUB>]<SUP>2+</SUP>が増感剤として機能していることが示された。仮想デバイスによるシミュレートの結果、<I>k</I><SUB>d</SUB>= 5 × 10<SUP>2</SUP> mol<SUP>-1</SUP>cm<SUP>3</SUP>s<SUP>-1</SUP>、<I>k</I><SUB>r</SUB> = 6 × 10<SUP>9</SUP> mol<SUP>-1</SUP>cm<SUP>3</SUP>s<SUP>-1</SUP>と算出された。

A virtual bipolar photogalvanic cell was developed using Visual Basic. On the basis of the simulation, it is indicated that the charge separation (<I>k</I><SUB>d</SUB>) and the charge recombination (<I>k</I><SUB>r</SUB>) rate constants can be estimated using the photocurrent response. The thickness of the charge separation region can be anticipated by photocurrent response at various layer thicknesses. The increase in diffusion coefficients raises the short-circuit photocurrent to enhance the performance of the photogalvanic cell. An actual device was fabricated using tris(bipyridine)ruthenium(II) complex ([Ru(bpy)<SUB>3</SUB><SUP>2+</SUP>]) as a sensitizer and Prussian Blue as a mediator. This device worked as a photogalvanic cell: short-circuit photocurrent (<I>J<SUB>SC</SUB></I>), 2.3μA/cm<SUP>2</SUP>; open-circuit photovoltage (<I>V<SUB>OC</SUB></I>), 0.118V; fill-factor, 20.5 %. It was shown from the action spectrum that electrons are transferred from [Ru(bpy)<SUB>3</SUB><SUP>2+*</SUP>] to Prussian Blue. The charge separation and the recombination rate constants were estimated, using the virtual device, to be 5 × 10<SUP>2</SUP> mol<SUP>-1</SUP>cm<SUP>3</SUP>s<SUP>-1</SUP> and 6 × 10<SUP>9</SUP> mol<SUP>-1</SUP>cm<SUP>3</SUP>s<SUP>-1</SUP>, respectively.

Journal

  • Journal of Chemical Software

    Journal of Chemical Software 8(2), 47-54, 2002-06-15

    SOCIETY OF COMPUTER CHEMISTRY, JAPAN

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Codes

  • NII Article ID (NAID)
    10008707573
  • NII NACSIS-CAT ID (NCID)
    AN10470405
  • Text Lang
    ENG
  • Article Type
    ART
  • ISSN
    09180761
  • NDL Article ID
    6369826
  • NDL Source Classification
    ZP1(科学技術--化学・化学工業) // ZM13(科学技術--科学技術一般--データ処理・計算機)
  • NDL Call No.
    Z17-1611
  • Data Source
    CJP  NDL  J-STAGE 
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