太陽電池の構造に生体膜の原理を導入、光電効率の飛躍的向上に期待 / プレスリリース理化学研究所: ソフトエネルギー

太陽電池の構造に生体膜の原理を導入、光電効率の飛躍的向上に期待 / プレスリリース理化学研究所

-----image(pop up ; ”図3 (a) 両親媒性分子（青）および疎水性分子（赤）から作製した薄膜に光照射した際の電流－電圧特性 .(b) 両親媒性分子（青）および疎水性分子（赤）から作製した薄膜に光照射/非照射を繰り返した際の電流値の変化両親媒性分子から作製した薄膜の方が、電圧の変化に対して約10倍大きな電流が流れる。 ”) & text : 理化学研究所、高輝度光科学研究センター、平成20年6月19日発表より

" - 液晶性有機薄膜の理想的な分子配列を実現 -
◇ポイント◇
・親水性と疎水性を同時に導入し、液晶分子の周期配列構造をナノサイズで制御
・明確な相分離構造によって、10倍の光電流を取り出すことに成功
・環境・エネルギー問題解決に向けた新たな分子デザインを提案

　独立行政法人理化学研究所（野依良治理事長）と財団法人高輝度光科学研究センター（吉良爽理事長）、独立行政法人科学技術振興機構（北澤宏一理事長）は、有機薄膜太陽電池※1の有機分子に両親媒性※2を導入すると、理想的な分子配列構造が実現することを、大型放射光施設SPring-8※3を使って解明しました。
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　現在、地球環境問題やエネルギー問題を解決するために、有機薄膜を利用した太陽電池の実現や高効率化に向けて、世界中がしのぎを削って研究活動を繰り広げています。
..........そして理研・JASRI・JSTの研究グループは、精密な分子配列構造の解析に挑みました。適切な温度条件で処理したところ、分子が自発的に配列して液晶※9状態を形成し、オリゴチオフェン部位（疎水性）とフラーレン部位（親水性）が相分離して層構造を形成している様子を、SPring-8 の放射光による小角X線散乱測定※10で明らかにしました。さらには、親水性と疎水性の側鎖を導入しない場合と比べ、光導電性が約10倍大きくなることを見いだしました。本研究成果は、米国化学会誌『Journal of the American Chemical Society』に掲載されるに先立ち、オンライン版に近日掲載予定です。
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2. 研究手法と成果
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　実際に、これらの分子を用いて光照射による電気特性の変化を調べたところ、両親媒化により明確な相分離構造を形成している系の方が、約10倍大きな光電流を実現し（図3）、さらに電流の担い手である光キャリア（光を照射した際にできるキャリア）の長寿命化（電流の担い手としての性質を長時間失わずにいること）を実現しました。これらの特性は、今後チオフェン部位とフラーレン部位が連結した分子を用いて有機薄膜太陽電池を作製する上で、非常に重要な要素になると考えられます。

3. 今後の期待
　今回、室温で液晶性を発現する有機半導体材料の作製に成功したことは、デバイスの製造プロセスを簡便化する点で大変有用であると考えられます。また、液晶相における分子配列構造の詳細な解析に成功したことで、今後、実用的な光起電力特性の発現と向上に向けた有機薄膜太陽電池の試作が期待できます。さらに、今回の成果で浮き彫りとなった両親媒性の優位性をモチーフとした分子設計が、分子のナノ相分離構造を実現する上でのユニバーサルデザインとして用いられることが期待できます。 "

コメント
　有機薄膜を利用した太陽電池の技術的な進歩に、生体膜の原理を応用することで高い変換効率を実現する液晶膜(?)の形成に成功したということです。

　正直、ほとんど理解できない言葉が有機薄膜太陽電池の世界では並ぶので、基本的なことでも理解することが大変です。この分野、結晶系、化合物系に続く次次世代の太陽電池として、有機薄膜太陽電池の世界には多くの期待が集まっています。おいおい勉強したいと思います。

　それにしても紫外線下という過酷な太陽光発電の世界で、有機薄膜太陽電池がどこまで、つまりどのくらいの耐用年数を保つことができ、変換効率を実現することができるのか？
　前々から疑問に思っていました。されど、技術的な進歩は加速度的な効果をもたらしてくれることもあります。期待をもちつつ、研究成果が実世界に一日も早く利用できる技術として登場することを願うばかりです。(t_t)