低コストで環境にも優しい次世代太陽電池の実用化に一歩
2020-01-15 京都大学,広島大学,大阪大学,千葉大学,高輝度光科学研究センター
大北英生 京都大学工学研究科教授、尾坂格 広島大学教授、斎藤慎彦 同助教、家裕隆 大阪大学教授、吉田弘幸 千葉大学教授、小金澤智之 高輝度光科学研究センター研究員らの研究グループは、フッ素原子を有する独自の半導体ポリマーを開発しました。
この半導体ポリマーを塗布して作製した有機薄膜太陽電池（OPV）は出力電圧が高まり、エネルギー変換効率（太陽光エネルギーを電力に変換する効率）が向上することを発見しました。また、半導体ポリマーの化学構造におけるフッ素原子の導入位置によって、半導体ポリマーの分子配向が大きく異なり、電荷輸送や電荷再結合に影響を及ぼすことも明らかとなりました。
OPVは半導体ポリマーをプラスチック基板に塗って薄膜化することで作製できるため、コストや環境負荷を抑えることができ、大面積化が容易です。また、軽量で柔軟、透明にすることが可能であり、室内光下で変換効率が高いという特長を持つことから、IoTセンサー、モバイル・ウェアラブル電源や窓、ビニールハウス向け電源など、現在普及している無機太陽電池では実現が難しい分野への応用を切り開く次世代太陽電池として注目されています。しかし、OPVの実用化にはエネルギー変換効率の向上が最重要課題であり、そのためには新しい半導体ポリマーの開発が不可欠です。
本研究で得た新しい知見を基に半導体ポリマーを改良することで、さらなるエネルギー変換効率の向上が見込めます。
本研究成果は、2020年1月14日に、国際学術誌「Advanced Energy Materials」のオンライン版に掲載されました。
図：半導体ポリマーとフラーレン誘導体における分子軌道（HOMOとLUMO）が持つエネルギー準位の関係
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