太陽光で充電する「光蓄電池」の新設計を確立 ―従来法よりも高い約1 Vの光電圧を実現―

2026-10-14 東北大学

東北大学と英国ケンブリッジ大学の研究グループは、太陽光による発電と電気エネルギーの蓄電を一体化した「光蓄電池」について、電極の構造を工夫することで性能を高める設計手法を実証した。従来の光蓄電池では、光を吸収する材料と電気を蓄える材料を混合した電極が使われてきたが、光によって生じた電子と正孔が再結合し、エネルギーが熱として失われるため、発生する電圧が制限されていた。研究チームは、水系亜鉛電池を対象に、光吸収層と蓄電層などを分離して積み重ねた電極構造を開発。電荷の輸送経路を制御することで再結合と熱損失を抑え、疑似太陽光照射下で約1 Vの光電圧を実現した。この成果は、太陽光を取り込む機能と蓄電機能を統合した小型電源の設計指針となる。将来的には、外部電源に頼らず動作するIoT機器や自律型センサーへの応用が期待される。

太陽光で充電する「光蓄電池」の新設計を確立 ―従来法よりも高い約1 Vの光電圧を実現―
図1. 本研究で構築した積層型光電極を用いた光蓄電池。

<関連情報>

電荷再結合を抑制する光電池アーキテクチャ Photobattery Architectures to Suppress Charge Recombination

Kohei Shimokawa;Byung-Man Kim;Arvind Pujari;Hooman Abbasi;Tetsu Ichitsubo;Michael De Volder
Nano Letters  Published:October 13, 2026
DOI:https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6c02373

Abstract

Integrating solar energy conversion and storage into single-unit photobatteries offers compact energy supplies. However, achieving sufficient photovoltage to charge batteries without external bias remains a critical bottleneck for these devices. Here, we demonstrate that the photovoltage in Zn-ion photobatteries can be modulated and enhanced by selecting and structuring the photoactive materials strategically. Randomly dispersed electrode configurations are easy to manufacture but they can suffer from charge recombination. In our experiments, these yielded a negligible photovoltage of ∼0.01 V. In comparison, our proposed layer-by-layer design, integrating a solid-state dye-sensitized solar cell (DSSC) with an optimized spinel Zn–Mn oxide cathode, increased the photovoltage output to ∼1 V under 1-sun illumination. This dramatic performance enhancement is achieved by better control over interfaces and charge transport and establishes a strategy for improving the architecture of future photobatteries.

0402電気応用
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