2005年4月2日
電気化学会第72回大会(熊本大学工学部)
色素増感太陽電池におけるフィルム
電極の2.45GHzマイクロ波焼成
東北大学
内田 聡
多元物質科学研究所
■酸化チタン多孔膜の焼成
2.45GHz調理用電子レンジ
28GHz電磁波加熱焼結炉
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1kW機:〜65,000円
10kW機:30,000,000円
3kW機:75,000,000円
使用機材
TOSHIBA 快速シェフ ER-A30S1 オーブングリルレンジ
発売日: 2001/06/16(生産終了品)
■新開発「ワイドパワーインバータ」搭載
■ 1000W〜100Wの連続出力を実現
出力切替:1000W・600W・500W・200W・100W
1 KW
従来機
500W
時間
本機
500W
500W
時間
導電性ガラスを電子レンジで加熱すると、、、
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導電性ガラスを電子レンジで
加熱すると、、、
導電性フィルムを電子レンジで加熱すると、、、
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マイクロ波照射後の表面観察
ITO / PET film
before
Quartz (t=5)
after
×40
放電防止対策と結果
■試料面をガラス板で遮蔽→着火
■真空下でマイクロ波照射→着火
プラズマ放電
コロナ放電
アーク放電
バリア放電
沿面放電?(Surface Discharge)
■物質の表面を伝って電流が流れる形態の放電現象
(1) 物質表面上を電子がホッピングしながら伝播する過程
(2) 空気や物質表面と衝突して二次電子を放出する過程
(3) 帯電した空気が電極に移動する過程等が同時に進行
する総合的なプロセス
50 ns
Surface Flashover Voltage
30 kV/cm
+
-
- -
-
-
-
-
HV
HV
-
- - -
-
沿面距離の計算式
■フラッシュオーバー電圧V[V]
Kb=73.6 (正極性インパルス)
or 74.25 (負極性インパルス)
C =固有容量 [F/m2]
g=ギャップ長 [m]
g
+
-
Kb 4
V= 8 3 g
C
■固有容量C[F/m2]
ε=誘電率 [-]
a=誘電体の厚さ [m]

– 12


8.854

10
C=
a
フラッシュオーバー電圧 / kV
沿面距離の計算例
5
4
3
2
1
0
10-6
10-5
0.0001
0.001
0.01
0.1
1
沿面距離 / m
■沿面距離を増してもフラッシュオーバー電圧は
あまり上昇しない
■V=1 kV と仮定すると、10 cm 以内に金属板が
あれば放電を防止できる
10
放電防止材の検討
FTO
metal plate
Ceramic turn table
【ポイント】
・金属板を下に敷く(導電面を向かい合わせる)
・マイクロ波は電極裏側より照射
各種金属板を敷設時の FTO ガラスの昇温特性
放電防止材の検討
発泡 Ni
10 mm
放電防止材の効果
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加熱プロファイル
焼成電極の光電変換特性
電子レ ン ジ加熱, 1 kW, 4 mi n
まとめ
■発泡ニッケルシートによる放電防止
対策で、電子レンジによる酸化チタン
電極の焼成を実現した
PET/ITO フィルムで
0.5kW, 4min → 175℃に相当
■実用条件は
------------------------------------------------------------VOC/V JSC/mA·cm-2 FF/- η/%
------------------------------------------------------------Microwave oven, 1 kW, 2 min
0.823
2.29
0.70
1.33
Microwave oven, 1 kW, 4 min
0.793
2.59
0.71
1.45
Microwave oven, 0.5 kW, 2 min
0.811
1.38
0.51
0.56
Microwave oven, 0.5 kW, 4 min
0.778
2.84
0.66
1.45
Electric furnace, 100°C 25h
0.784
1.44
0.65
0.72
-------------------------------------------------------------
謝辞
御静聴ありがとうございました
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