DSSCの測定（IV・IPCE・EIS）の読み方：初心者向けチェックポイント

by 原 | Posted on

この記事で分かること
– DSSCでよく使う測定 IV / IPCE / EIS の役割
– どの値を見れば「どこが悪いか」の当たりが付くか
– まず揃えるべき測定条件（比較の落とし穴）

関連：DSSC超入門まとめ（全体像）
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関連：性能指標（Jsc/Voc/FF/η）
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関連：色素凝集（原因と対策）
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導入

DSSC（色素増感太陽電池）の改善では、闇雲に条件を変えるより、測定結果からボトルネックを絞る方が早く進みます。基本となるのは IV（電流‐電圧特性）、IPCE（分光感度）、EIS（インピーダンス） の3つです。
この記事では、初心者でも「どこを見れば良いか」が分かるように、ポイントだけをまとめます。

まず結論（要点）

  • IV：最終的な性能（Jsc/Voc/FF/η）を決める“成績表”
  • IPCE：波長ごとに「光が電気に変わっているか」を見る“原因追跡”
  • EIS：抵抗や再結合など“内部の損失”を分解して見る“診断ツール”
  • 比較するときは、条件（光強度、面積、マスク、温度、掃引条件）を揃えるのが最重要

1. IV測定（J–Vカーブ）：まずここから

1-1. IVで見るべき4つ

  • Jsc（mA/cm²）：短絡電流密度（V=0）
  • Voc（V）：開放電圧（J=0）
  • FF：曲線の形（最大出力点の“角”）
  • η：変換効率

👉 指標の意味はこの記事がセットです：
https://haralab.com/dssc-jsc-voc-ff/

1-2. よくある落とし穴（比較できない例）

  • セル面積（有効面積）やマスクが違う
  • 光源の強度・スペクトルが違う（AM1.5 vs 室内光）
  • 掃引速度や方向（往復）でヒステリシスが出る
  • 温度が違う（特に電解液系は影響が出やすい）

1-3. IVからの“簡易診断”

  • Jscが低い：吸収不足、注入不足、凝集、再結合
  • Vocが低い：再結合増加（界面・電解液）
  • FFが低い：抵抗増、対極反応、電解液拡散、リーク

2. IPCE（分光感度）：吸収が“発電”に効いているか？

IPCE（Incident Photon-to-Current Efficiency）は、波長ごとの「光→電流」効率です。
吸収が増えたのにIPCEが上がらないなら、注入や再結合が疑えます。

2-1. IPCEで見るポイント

  • 立ち上がり波長：どの領域で発電しているか
  • ピーク高さ：最大変換の良し悪し
  • 吸収スペクトルとの一致：吸収しているのに発電していない領域がないか

2-2. ありがちなパターン

  • 吸収は強いのにIPCEが弱い → 凝集・注入低下・再結合を疑う
  • 長波長側だけ弱い → 共増感の組み合わせや吸着バランスを見直す

👉 凝集との関係はこちら：

DSSCで色素が凝集する原因と対策（SQ2・共吸着剤・CD添加）

3. EIS（インピーダンス）：抵抗と再結合を“分けて”見る

EISは、交流（AC）信号に対する応答から、内部抵抗や反応抵抗、再結合に関する情報を得る手法です。
（NyquistプロットやBodeプロットで扱われます）

3-1. まず見るべき観点（初心者向け）

  • 高周波側の抵抗：配線・電極・接触などの“直列抵抗”の影響
  • 中〜低周波側の弧（半円）：界面反応や再結合に関係
  • 条件（暗/光、バイアス電圧）：比較条件を揃える

※EISは解析モデルで結果が変わるので、最初は「相対比較」に使うのが安全です。

3-2. “FFが低い”ときのヒント

  • 直列抵抗が大きいとIVが丸くなり、FFが落ちやすい
  • 対極触媒や電解液拡散が悪い場合も、EIS側に変化が出ることがあります

4. 迷ったらこの順で測る（最短ルート）

1) IV（まず現状のJsc/Voc/FF/ηを確定）
2) 吸収スペクトル（色素吸着量・凝集の兆候）
3) IPCE（吸収が発電に効いているか）
4) EIS（抵抗・再結合の切り分け）

FAQ

Q. まずIVだけで改善できますか？
A. ある程度は可能ですが、原因が複数重なると迷子になりやすいです。IVで「どれが弱いか」を見て、IPCEやEISで原因を絞ると効率が上がります。

Q. IPCEと吸収がズレるのはなぜ？
A. 吸収しても、電子注入や電荷分離がうまくいかないと電流になりません。凝集や界面再結合が原因になることがあります。

次に読む（DSSCまとめ）

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