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有機太陽電池の変換効率、理論上の限界が判明 最大は約21%

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産業技術総合研究所は、新世代の太陽電池の一つとして注目されている有機太陽電池の光電変換効率の理論限界を算出した。この成果は、有機太陽電池の光電変換効率はどこまで向上できるかという研究開発の指針となることが期待される。

シリコンなどの無機半導体の太陽電池については、ShockleyとQueisserにより1961年に光電変換効率の理論的な限界として約30%が示されている。今回、これをもとに、無機太陽電池と有機太陽電池の、光を吸収した後に電気を生み出す機構(電荷分離機構)の違いを考慮に入れて、有機太陽電池の光電変換効率の理論的限界をシュミレーションした。また、有機太陽電池が最も高い効率を示す光の波長を理論計算により決定し、光を吸収する有機分子(主にドナー)選択の指針を与えている。

電荷分離に必要な余剰エネルギーとして0.4eVを用いて光電変換効率の理論限界を計算すると、太陽電池が吸収できる光エネルギーの最小値が1.5eV(光の波長では827nm)の場合に最大値である約21%となった。

この理論的に計算された単接合の有機太陽電池の光電変換効率の限界値21%は、現状の効率である10~12%より十分高く、今後、材料の選択や改良、構造の最適化によって光電変換効率のさらなる向上が期待できることを示している。今後は理論限界との差の要因を解明し、高効率化のための課題の抽出とその解決へと研究開発を展開していく予定である。

(※全文:2,026文字 画像:あり 参考リンク:あり)

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