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2011年4月29日 (金)

せっけんに学ぶ高分子太陽電池高効率化の原理の解明

せっけんに学ぶ高分子太陽電池高効率化の
原理の解明

平成23年4月27日
科学技術振興機構(JST)
京都大学

詳細は、リンクを参照して下さい。

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 JST 課題解決型基礎研究の一環
として、京都大学 大学院工学研究科の
大北 英生 准教授らは、色素増感注1)を
用いた高分子太陽電池注2)の高効率化を
実証するとともに、その原理を世界で初めて
解明しました。

 有機薄膜太陽電池の一種である高分子
太陽電池は、現在主流である結晶シリコン系
太陽電池よりも製造が簡単で低コスト化に
つながるため、次世代太陽電池として注目
されていますが、変換効率が低い(~8%)
ことが大きな課題です。

 高効率化の障壁としては、利用できる光が
可視光領域に限られ、太陽光の約4割を
占める近赤外光の利用が困難なことが
あげられます。

 そこで、高分子材料とフラーレン
(炭素原子によるサッカーボール状の
構造物)からなる高分子太陽電池に、
近赤外光を吸収する色素を配置し、高効率化
する方法(色素増感)が考えられますが、
通常は色素が凝集し、逆に太陽電池の機能が
低下してしまいます。

 2009年に大北准教授らは、大きな
置換基を有する色素を用いることで、凝集
を防ぎ、高分子材料とフラーレンの界面に
色素を配置した「色素増感高分子太陽電池」
の作製に成功しました。

 しかし、なぜ色素が凝集せずに界面に配置
して効率よく発電するのかという原理に
ついては謎のままで、応用が進みません
でした。

 今回、この原理の解明のため、せっけん
などの界面活性剤が水と油の界面に自発的
に集まる原理に着目し、3成分
(高分子材料、フラーレン、色素)の表面
エネルギー注3)の評価や薄膜内における
色素の局所濃度を解析しました。

 その結果、色素は界面に存在することが
熱力学的に安定であるために界面に配置する
こと、また、高分子材料の結晶化に伴い、
高分子結晶相から色素が界面に押し出される
ことも界面配置の要因であると分かり
ました。

 つまり、表面エネルギーが適切な色素を
選択し、高分子材料などに結晶化しやすい
材料を選択することにより、色素を界面に
配置する内部構造の制御が可能であることを
明らかにしました。

 さらに、発電に適した界面構造が自発的に
形成されるという特性は、太陽電池の
製造工程をシンプルで汎用性が高いものに
するため、実用化に向けて重要な役割を
果たします。

 この発見により、新概念の「色素増感
高分子太陽電池」の開発に確かな道が切り
拓かれ、今まで困難であった高分子太陽電池
への色素増感の応用が飛躍的に進むものと
期待されます。

 実際、高分子太陽電池の色素増感では
すでに、エネルギー変換効率を既存数値の
約20%程度向上できることが実証されて
おり、高分子太陽電池全体としての
高効率化への寄与が期待されます。
 また、将来的には、有機EL注4)など
界面が機能発現の舞台となるデバイスの
開発にも役立つものと考えられます。

 本研究成果は、2011年4月27日
(ドイツ時間)に独国科学雑誌
「Advanced Energy
Materials」のオンライン速報版
で公開されます。
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>安価で今までより高効率な高分子
>太陽電池開発への確かな道が開けた。
とのことです。
期待したいですが、効率はどの程度まで
あげられるのかな?

要は発電単価が低く出来るかですが?
どうなんでしょう?

実証できている効率はまだあまり高く
ない。期待して良いのかな?

今のところ、
太陽電池の変換効率75%に
東大とシャープが構造解明

と、
岡山大、夜でも充電可能な
次世代太陽電池を開発中!

が有望な情報ですね。

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