この記事で分かること
– DSSCが発電する基本原理（5ステップ）
– どの材料が何をしているか（TiO₂・色素・電解液・対極）
– 「なぜ室内光で強い？」など、よくある疑問への答え関連：性能指標（Jsc/Voc/FF/η）
https://haralab.com/dssc-jsc-voc-ff/
導入
色素増感太陽電池（DSSC: Dye-Sensitized Solar Cell）は、色素が光を吸収して電子を生み出し、電気に変えるタイプの太陽電池です。シリコン太陽電池とは仕組みが異なり、酸化物半導体（多くはTiO₂）の表面に色素を吸着させ、電解液（または固体材料）で色素を再生させながら発電します。
本記事では、DSSCの仕組みを「できるだけ少ない前提知識」で理解できるように整理します。
まず結論（要点）
- DSSCは 「色素が光吸収 → TiO₂へ電子注入 → 外部回路 → 色素再生 → 電解液再生」 の循環で発電する
- 性能は主に Jsc（電流）・Voc（電圧）・FF（曲線形） で決まり、改善策はそれぞれ違う
- 実験で差が出やすいのは 色素吸着（量・状態） と 界面での再結合、そして 封止（安定性）
1. DSSCの構造（どんな層でできている？）
代表的なDSSCは、次の要素でできています。
- 透明導電膜（FTO/ITO）：電流を集める電極（ガラス基板が多い）
- TiO₂多孔質膜（酸化物半導体）：電子が流れる“道”＋色素の足場
- 色素（Dye）：光吸収と電子供給（注入の起点）
- 電解液（酸化還元対）：色素を再生させる役（I⁻/I₃⁻やCo錯体など）
- 対極（Pt、カーボンなど）：電解液側の反応を進める触媒電極
- 封止材：電解液の漏れ・水分/酸素侵入を防ぎ、寿命を左右する
📌
図1 DSSCの模式図
2. DSSCの発電原理（5ステップ）
DSSCの動きは、次の5ステップに整理できます。
1) 光吸収：色素が光を吸収して励起状態になる
2) 電子注入：励起色素からTiO₂へ電子が移動（注入）する
3) 外部回路を流れる：電子が透明電極→外部回路→対極へ流れて仕事をする
4) 色素再生：酸化された色素が、電解液から電子をもらって元に戻る
5) 電解液の再生：対極で触媒反応が進み、電解液が再生される（循環が閉じる）
ポイント：DSSCは「色素が光を吸って終わり」ではなく、再生反応が回って初めて継続発電します。
3. “なぜ色素が必要？”（シリコン太陽電池との違い）
シリコン太陽電池では、材料自体（シリコン）が光を吸収して電子と正孔を作ります。
一方DSSCでは、TiO₂は主に電子を運ぶ役で、光を吸収する役は色素が担います。
- TiO₂：電子輸送・表面積（多孔質で色素を大量に載せられる）
- 色素：光吸収と電子供給（注入の起点）
この分業により、色やデザインの自由度が高いという特徴につながります。
4. 性能が決まる“ボトルネック”はどこ？
初心者がまず押さえるべき代表的なボトルネックは次の3つです。
4-1. 色素吸着（量と状態）
- 吸着量が少ない → 光を拾えない → Jscが伸びない
- 色素が凝集する → 注入低下/再結合増加 → Jsc/Vocが悪化する場合がある
4-2. 再結合（電子の“漏れ”）
TiO₂に入った電子が、外部回路へ行く前に電解液側へ戻ってしまう現象（損失）。
再結合が強いと、とくに Vocが下がりやすいです。
4-3. 抵抗・対極反応（FFに効く）
配線・接触抵抗、対極触媒の性能、電解液拡散が悪いと、IVカーブが丸くなり FFが落ちることがあります。
👉 性能指標の読み方は、こちらが先にあると理解が速いです：
5. よくある質問（FAQ）
Q. DSSCはなぜ室内光で強いと言われる？
A. 色素の吸収特性やデバイス設計によって、弱い光でも電流が出やすい場合があります（ただし材料・条件に依存します）。室内照明のスペクトルに合う色素設計や、再結合抑制が効くことがポイントです。
Q. 電解液はなぜ必要？固体化できる？
A. 電解液は「酸化された色素を再生する」ために重要です。固体化（固体電解質/ホール輸送材料）も研究が進んでおり、漏れの低減や安定性向上が期待されますが、界面抵抗や輸送の課題もあります。
Q. DSSCの弱点は？
A. 代表例は長期安定性（封止、水分/酸素、光・熱劣化）です。実用に向けては封止・材料選定・構造設計が重要です。
次に読む（DSSCまとめ）
- DSSC超入門まとめ（仕組み・材料・色素・測定）
https://haralab.com/dssc-hub/ - DSSCのJsc・Voc・FF・変換効率ηを図で理解する
https://haralab.com/dssc-jsc-voc-ff/ - DSSCの色素凝集：原因と対策（SQ2/CD）
https://haralab.com/dssc-dye-aggregation/
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