ポステク・UNIST、太陽光を電気に変換する比率20%超の有機太陽電池を開発

ポステク（POSTECH）の研究チームはUNIST（蔚山科学技術院）の研究チームと共同で、有機太陽電池の性能限界を正確に予測できる新たな理論を確立し、それを用いて光を電気に変換する割合である「光電変換効率」が20%を超える素材を開発した。

1961年に提唱された「ショックリー・クァイザー（SQ）限界理論」は、原子が規則正しく配列した無機半導体を基準に作られたものである。有機半導体は不完全な光吸収やエネルギー損失などの特殊性があるため、この理論をそのまま適用できず、実際の素材設計において限界があった。

研究チームは、有機半導体のエネルギー損失を反映して精緻化された理論に基づき、「電子受容体」素材の構造と分子配列を制御することで、理論上の最適条件を実在の素材として実現した。実験の結果、同チームが作製した有機太陽電池は20%を超える光電変換効率を記録した。また、この素材を太陽光ベースの水素生産システムの電極として適用した際、水中環境でも安定して動作することを確認した。

今回の成果は次世代有機太陽電池設計の新たな基準を策定したものであり、関連内容は化学分野の国際学術誌である『米国化学会誌（Journal of the American Chemical Society）』に掲載された。