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「座布団型」分子構造でペロブスカイト太陽電池の効率向上、京都大学などが開発

2015/12/16 00:16
加藤 伸一=日経BPクリーンテック研究所
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開発した座布団型半導体材料(HND-Azulene)とペロブスカイト太陽電池の特性
(出所:京都大学)
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 京都大学は12月11日、ペロブスカイト太陽電池の変換効率が従来に比べて20%増となる材料を開発したと発表した。

 ペロブスカイト太陽電池は、材料となる溶液を印刷することで容易に作製でき、製造コストを大幅に低減できる太陽電池として期待されている。

 同大学 化学研究所の若宮淳志准教授などのグループが、大阪大学の佐伯昭紀准教授、米国ボストンカレッジのローレンス・スコット名誉教授と共同研究し、独自に設計した「座布団型構造」の有機半導体材料を開発し、これをp型半導体のバッファ層に使うことで、ペロブスカイト太陽電池の変換効率が向上した。

 京都大学では、今回の開発は、ペロブスカイト太陽電池を高効率化できる有機半導体材料の分子設計指針になるとしている。今後、安価で優れた特性を持つ材料の開発が進み、ペロブスカイト太陽電池の実用化に向けた研究が加速することが期待できるとする。

 ペロブスカイト太陽電池はこれまで、主に光吸収材料であるペロブスカイト層の作製法の改良により変換効率が向上してきた。

 その一方、光により生成した電荷をペロブスカイト層から取り出すためのバッファ層については、優れた特性を示す材料は限られており、Spiro-OMeTADと呼ばれる、製造コストの高い有機半導体材料が一般的に使われてきた。このため、製造コストが安く、より優れた特性を持つ有機半導体材料の開発が、実用化への課題の一つとなっていた。

 今回は、二次元のシート状に骨格を拡張して座布団型の構造を持たせる分子設計に基づいて、塗布型の有機半導体材料(HND-Azulene)を開発した。これをp型のバッファ層に使うことで、従来の材料を使った場合に比べて、最大1.2倍に変換効率を向上し、16.5%の変換効率を得た。

 今回の研究成果は、12月10日に、米国化学会誌「Journal of the American Chemical Society」誌のオンライン速報版に掲載された。

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