有機太陽電池の性能向上に向けた新たな指針が確立される

有機太陽電池の性能向上に向けた新たな指針

近年、有機太陽電池の性能向上に関する研究が活発に行われており、特に日本の大学間での取り組みが注目されています。大阪大学、岡山大学、神戸大学、そして名古屋大学の研究者たちの共同研究により、光から電流への変換過程における妨げとなる「励起子束縛エネルギー」を低減する新しい分子設計指針が実証されました。

この成果により、有機太陽電池のエネルギー変換効率が向上し、特に単成分の有機半導体を使用した光電変換が可能になることが示されています。具体的には、新たに開発した有機半導体を用いることで、従来の材料よりも大幅に優れた太陽電池特性を実現しました。

研究の背景

有機太陽電池は、軽量で柔軟性があるため、様々な用途に対応できるポテンシャルを秘めています。しかし、その性能向上には長年の課題であった励起子束縛エネルギーの低減が不可欠でした。励起子束縛エネルギーとは、光が当たった際に生成される励起子が電流に変換される際にエネルギーを消費してしまうことを指し、これが太陽電池全体の効率を低下させる要因となっていました。

今回の研究では、大阪大学の陣内青萌助教と家裕隆教授、岡山大学の山方啓教授、神戸大学の小堀康博教授、名古屋大学の東雅大教授らが共同し、有機半導体分子のフロンティア軌道を空間的に分離させる新しい設計方法を取り入れました。これにより、従来の材料と比べて小さな励起子束縛エネルギーを持つ新しい材料を開発し、それを用いたバルクヘテロジャンクション型の有機太陽電池では、驚異的な性能を示しました。

将来の展望

この研究は、現在の有機太陽電池技術の重要課題の一つである「励起子束縛エネルギーの低減」に対する明確な道筋を示しました。新たに確立された分子設計指針は、将来的に高性能な太陽電池や波長選択型透明太陽電池などの新しい光・電子デバイスの開発につながることが期待されています。

また、研究結果は2024年8月12日付けでドイツ化学会誌『Angewandte Chemie International Edition』に掲載され、国際的にもその重要性が認識されています。