筑波大学と（独）物質・材料研究機構、高エネルギー加速器研究機構、広島大学、（独）産業技術総合研究所は4月17日、エネルギー変換効率の高い有機太陽電池のナノ構造を調べたところ、これまでの常識とは異なり、電子供与体と電子受容体の2種類の分子がそれぞれの分子領域内で互いに混じり合っていることが判明したと発表した。この分子混合が電池性能向上のカギであることが実験的に明らかになったとしており、有機太陽電池の今後の変換効率向上が期待できるという。
■変換効率の向上へ期待
有機太陽電池は、電子供与体の有機p型半導体と、電子受容体の有機n型半導体とを層状に接合したp-nヘテロ接合構造が用いられてきたが、近年、これら2つの材料を混合して作製するバルクヘテロジャンクション構造のものが開発され、エネルギー変換効率の高い次世代太陽電池の実現が期待されている。
このバルクヘテロジャンクション型太陽電池は、電子供与体である高分子材料と、電子受容体であるフラーレン（炭素原子でできたサッカーボール状のナノレベル大の球）から成り、従来考えられていた接合状態は、純粋な成分から成る高分子領域とフラーレン領域がそれぞれあって、それがきれいな界面で接合していると考えられていた。
ところが今回、エネルギー変換効率を最適化した試料の領域構造を、軟X線顕微鏡という新しい手法を使って詳細に調べたところ、それぞれの領域で分子が混ざり合っており、フラーレン領域では29％の高分子の混合、高分子領域では33％のフラーレンの混合が観察されたという。
研究グループは、こうした分子混合状態、いわば界面が”汚い“状態の方が電池としての性能は優れていることが判明したと結論、今後は有機太陽電池のエネルギー変換機構の解明などを通して高効率有機太陽電池の開発に貢献したいとしている。
