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シリコン以外の様々な物質が太陽電池に使えることはご存知でしょうか?最近は、軽くて柔らかく、しかも原料費が安い有機分子の太陽電池が開発されて、住宅建材やモバイル機器への利用が期待されています。分子フォトニクス研究室では、有機分子や有機無機混成物質を使って光のエネルギーを電気エネルギーに変換しています。変換効率が10%のフレキシブル太陽電池の開発が到達目標ですが、まずは有機太陽電池の発電メカニズムを明らかにすることが当面の課題です。

分子が光を吸ったり電子を運んだりする点が、シリコン太陽電池との大きな違いです。したがって、有機太陽電池の開発研究では、分子やナノ粒子をいかに高い密度で、そしていかに秩序よく配置するかが鍵となります。ですから、太陽電池表面の微細な構造を正確に評価することが極めて重要であり、走査電子顕微鏡などを使ってナノスケールの世界をしょっちゅう観察します。たとえば、ガラスの上に酸化亜鉛の柱を立てて、その側面に有機分子をくっつけることで、高性能で廉価な太陽電池が作れます。

青色のパルス光を電池表面に照射したときに放出される赤色光を、1億分の1秒間の時間範囲だけ検出するという実験装置で太陽電池の発電メカニズムを研究しています。得られた結果から、光を吸った分子から酸化物半導体にどのくらい速やかに電子が受け渡されるか、エキシトンと呼ばれる電子とホールの結合体がどのくらい速く動き回りどのくらい長く生き残れるかなどを研究しています。こういった物理量を正確に求めることは有機太陽電池の性能向上にとって役に立ちます。

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