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有機薄膜太陽電池の変換効率が2.2倍に 産総研、新しい発電層構造を開発

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有機薄膜太陽電池の変換効率が2.2倍に 産総研、新しい発電層構造を開発

産業技術総合研究所の宮寺哲彦研究員らは、有機薄膜太陽電池の開発において、光電変換効率が従来の約2倍強の構造を持つ発電層を構築したと発表した。

有機薄膜太陽電池は、正の電荷を運ぶドナー材料と負の電荷を運ぶアクセプター材料がランダムに混ざった構造が主流だ。構造上、スムーズに電荷移動の効率が悪いうえ、発電層を構成する各材料の結晶構造や混ざり方を制御することも難しく、発電効率の向上を妨げていた。

同研究グループは、宇宙用太陽電池などに使われる「結晶成長手法」を、従来構造の有機薄膜太陽電池の作成プロセスに初めて適用し、さらに独自の工夫としてビフェニルビチオフェンと呼ばれる材料をテンプレート(鋳型)層とすることで、材料の混ざり方や結晶性を制御し、電荷移動がスムーズに行われる理想的な構造が構築した。

本開発により、発電層の光電変換効率が1.85%から4.15%と、約2.2倍向上することが実証された。今後さまざまな有機半導体材料に適用することで、高効率でかつ安価な太陽電池の実用化が期待される。

なお、同開発はJSTの課題達成型基礎研究の一環として行われた。本研究成果は、米国化学会発行の「ACS Applied Materials and Interfaces」に近く掲載される予定だ。

【参考】
科学技術振興機構 - 結晶成長制御により効率よく電荷が流れる理想的な構造の有機薄膜太陽電池を実現

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