DSSCの劣化・安定性：原因と対策（封止・水分・酸素・光・熱）

by 原 | Posted on

この記事で分かること
– DSSCが劣化する代表的な原因（どこが壊れる？）
– 劣化がJsc/Voc/FFにどう現れやすいか（症状の見方）
– 実験・実装で効く対策（封止・材料選定・保管・測定）

関連：DSSC超入門まとめ（全体像）
https://haralab.com/dssc-hub/
関連：性能指標（Jsc/Voc/FF/η）
https://haralab.com/dssc-jsc-voc-ff/
関連：測定（IV・IPCE・EIS）
https://haralab.com/dssc-measurement/

導入

DSSC（色素増感太陽電池）は、低照度での発電やデザイン性などの利点がある一方で、長期安定性（耐久性）が課題になりやすいデバイスです。とくに液体電解液を用いる系では、封止の不具合・水分や酸素の侵入・光や熱による劣化が性能低下につながります。
この記事では、劣化要因を「どこで何が起きるか」に分けて整理し、対策の考え方をまとめます。

まず結論（要点）

  • DSSCの劣化は 封止（リーク）・水分/酸素・光（UV）・熱 が主要因になりやすい
  • 劣化はIVで Jsc低下として現れることが多いが、再結合増加で Voc低下、抵抗増で FF低下も起こる
  • まずやるべきは 封止の強化 と 保管・測定条件の統一（比較可能にする）

1. 劣化はどこで起きる？（主要ポイント）

DSSCは複数の要素が協調して動くため、劣化ポイントも複数あります。

  • 電解液：揮発、分解、組成変化、溶媒の劣化
  • 色素：光分解、脱離、凝集状態の変化
  • TiO₂/界面：表面状態変化、再結合増加
  • 対極（触媒）：触媒活性低下、被毒、接触不良
  • 封止材：リーク、吸湿、接着不良
  • 透明導電膜/配線：腐食、抵抗増

2. 典型的な劣化要因とメカニズム

2-1. 封止不良（電解液リーク・揮発）

  • 液体電解液が漏れる／揮発する
  • レドックス循環が不安定になり、Jsc低下やFF低下につながる

兆候
– 時間とともにIVが全体的に弱くなる
– セル外観の変化（気泡、にじみなど）

2-2. 水分の侵入（最重要）

  • 電解液・界面・色素に影響
  • 再結合増加や電極の劣化を引き起こしやすい

兆候
– Voc低下（再結合増）
– EISで界面抵抗や再結合関連の変化が出ることがある

2-3. 酸素の侵入

  • 電荷移動や界面反応に影響し、性能が不安定化することがある
  • 材料によっては酸化劣化の引き金にもなる

2-4. 光（特にUV）による劣化

  • 色素の光分解、電解液分解、封止材劣化
  • TiO₂自体もUV下で反応性が高くなる場合がある

兆候
– IPCEの低下（特定波長域から落ちることも）
– 吸収スペクトルの変化（色素分解・脱離）

2-5. 熱による劣化

  • 電解液揮発、封止材の軟化、界面状態変化
  • 高温環境で加速することが多い

3. 劣化がJsc/Voc/FFにどう出る？（症状ベース）

  • Jscが下がる：吸収低下（色素劣化/脱離）、電解液劣化、リーク、再結合増加
  • Vocが下がる：再結合増加（界面劣化、水分侵入、表面状態変化）
  • FFが下がる：抵抗増（接触不良、配線、対極劣化）、電解液拡散の悪化

👉 診断の基本はIV/IPCE/EISの組み合わせです：
https://haralab.com/dssc-measurement/

4. 対策（実験でも実装でも効く順）

対策A：封止を強化する（最優先）

  • 封止材・スペーサー・圧着条件の見直し
  • 長期試験前に「リークチェック」を入れる
  • 試験環境（温湿度）を記録して再現性を確保する

対策B：水分・酸素を入れない運用

  • 乾燥環境での作製・保管
  • 保管容器・乾燥剤の活用
  • 開封後の電解液管理（吸湿を避ける）

対策C：UV対策

  • UVカットフィルム/ガラス
  • 測定・保管時に直射日光を避ける
  • 色素・電解液の耐光性を考慮する

対策D：熱対策

  • 高温になる場所での保管を避ける
  • 熱サイクル試験を設計（必要に応じて）
  • 封止材の耐熱性を確認する

5. 最短で“劣化原因”に当たりを付ける測定セット

1) IV：Jsc/Voc/FF/ηの変化を確認
2) 吸収（電極）：色素の脱離・分解の兆候
3) IPCE：波長依存の劣化（色素の寄与）
4) EIS：抵抗・再結合の変化（相対比較）

FAQ

Q. 劣化試験はどのくらいの期間が必要？
A. 目的によります。短期（数日〜数週間）は“初期劣化”の把握に有効で、長期（数か月〜）は封止や材料選定の評価に向きます。まずは条件を固定して再現性を確保するのが重要です。

Q. まず何から手を付ければいい？
A. もっとも効果が出やすいのは封止（リーク・水分侵入）です。次に、保管条件（湿度・温度・光）を揃えて比較可能にします。

次に読む（DSSCまとめ）

DSSCの関連記事一覧は、こちらのまとめページに集約しています： https://haralab.com/dssc-hub/

関連記事

Related Posts

Privacy Policy