DSSCの対極とは？Ptとカーボンの違い・役割・性能への影響（初心者向け）

by 原 | Posted on

この記事で分かること
– DSSCの「対極（カウンター電極）」が何をしているか
– Pt（白金）対極とカーボン系対極の違い（ざっくり）
– 対極が FF や Jsc に影響する理由と、劣化・安定性の注意点

関連：DSSC超入門まとめ（全体像）
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関連：測定（IV・IPCE・EIS）
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関連：電解液（I⁻/I₃⁻とCo系）
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導入

DSSC（色素増感太陽電池）では、光を吸収して電子を作るのは色素ですが、デバイス全体が回り続けるためには「電解液の反応」を回す必要があります。その反応の“受け持ち”が 対極（カウンター電極）です。
対極が十分に働かないと、IVカーブが丸くなって FFが下がる、場合によっては Jscも伸びないといった症状が出ます。この記事では、対極の役割と、Ptとカーボンの違い、改善の考え方を整理します。

まず結論（要点）

  • 対極は 電解液の酸化還元反応を進める触媒電極で、DSSCの循環を支える
  • 対極が弱いと、反応抵抗が増え、FF低下（IVが丸くなる）につながりやすい
  • Ptは定番で反応性が高い条件が多い一方、カーボン系は低コスト・耐久面の利点が期待されることがある
  • どちらが良いかは 電解液との相性と 安定性で決まる

1. 対極（カウンター電極）の役割

DSSCでは、色素が光で励起され、TiO₂へ電子を注入します。電子は外部回路を通って対極へ到達し、そこで電解液側の反応を進めます。

  • 対極の役割：電解液（レドックス対）を再生する反応を触媒する

この反応が遅いと、電解液循環が詰まり、セル全体の出力が伸びません。

2. 対極が性能に影響する場所（IVのどこ？）

対極の影響は、特に FF に出やすい傾向があります。

  • 反応抵抗が大きい → IVカーブの“角”が丸くなる → FF低下
  • 条件によっては電流も取りにくくなり、Jsc低下に見えることもある

👉 FFの意味：
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👉 診断（測定）：
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3. Pt対極（白金）：定番の理由

Pt対極は、I⁻/I₃⁻系を中心に、対極反応を進めやすい条件が多く、古くから定番として使われてきました。

特徴（ざっくり）

  • 反応性が高い条件が多い（特にI⁻/I₃⁻系）
  • 再現性を作りやすい
  • ただしコスト面の制約がある

4. カーボン系対極：選ばれる理由

カーボン系（カーボンブラック、グラファイト、CNTなど）は、コストや加工性、材料安定性の観点で検討されます。

特徴（ざっくり）

  • 低コスト化の選択肢になりやすい
  • 条件によっては耐久面のメリットが期待される
  • 一方で、材料・作製法で性能がブレやすいこともある（触媒活性・接触・膜質）

5. 最重要：対極は「電解液との相性」で決まる

対極の最適解は、電解液（レドックス対）とセットで決まります。

  • I⁻/I₃⁻系：Ptが定番になりやすい条件が多い
  • Co系など：反応性や相性で最適化が必要になることがある

👉 電解液の基本：
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6. うまくいかないときのチェックリスト（最短）

1) IV：FFが落ちていないか（IVが丸いか）
2) EIS：対極・界面抵抗が増えていないか（相対比較）
3) 作製条件：塗布厚、焼成、接触（導電膜との密着）、表面汚れ
4) 電解液：粘度や拡散性、添加剤

FAQ

Q. Ptなら必ず高性能になりますか？
A. 多くの場合で有利になりやすいですが、「必ず」ではありません。作製条件や電解液との相性、接触抵抗で性能は変わります。

Q. 対極が原因でVocも下がることはありますか？
A. 主にFFへの影響が目立ちますが、条件によってはセル全体の反応バランスが崩れてVocが変化して見える場合もあります。IVとEISで切り分けるのが確実です。

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