有機薄膜太陽電池の長年のジレンマを解消　石井教授ら

　有機薄膜太陽電池（OPV）は、軽量・柔軟で塗布プロセスによる製造が可能な次世代型太陽電池として注目されています。同じく塗布プロセスで作製可能なペロブスカイト太陽電池が発電層に有害物質である鉛を含むのに対し、OPV は有機物のみで構成されており有害物質を含まないため、環境負荷が小さい点も特長です。しかし、ペロブスカイト太陽電池やすでに広く普及しているシリコンなどの無機太陽電池と比較すると、OPV のエネルギー変換効率は依然として低く、実用化に向けてさらなる高効率化が求められています。その主要因の一つが大きい電圧損失であり、これを抑制することが OPV 研究における重要課題となっています。

　石井教授らは、ポリマー半導体 PTNT1-Fを p型材料として用い、OPV 素子を作製したところ、ベンチマーク材料を用いた OPV 素子と比較して、電圧および電流の双方が向上することを見出しました。今回、開発した新材料を用いることで、OPV において従来トレードオフとされてきた「低電圧損失」と「高効率電荷生成」の同時達成に成功しました。さらに、この長年のトレードオフを打破することができた現象の起源を解明することにも成功しました。本研究は、カーボンニュートラル実現に重要な次世代型技術として期待される OPV の高効率化を可能にする非常に重要な成果といえます。

　本研究成果は、OPV における「低電圧損失」と「高効率電荷生成」のトレードオフ打破に向け、ポリマー主鎖の剛直性が鍵であることを明確にしました。今後は、さらに材料開発を進めることで、さらなる OPV の高効率化が期待されます。