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物質分子科学研究領域平本グループ

平本グループ_メインイメージ
場所:山手キャンパス 4号館6F
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有機薄膜太陽電,有機半導,p-i-n接合,セブンナイン超高純度化,pn制御,ナノ構造設計,有機半導体物性物理学

有機薄膜太陽電池

エネルギー問題の解決は科学者の責務です。特に、我が国において、エネルギー資源がない状況は、明治維新から現在に至るまで全く変わっておらず、先の大戦、3.11の原子力災害のような、悲劇的で大きな歴史の転換は、常にエネルギーをめぐって起こっています。太陽電池は我が国のエネルギー自給の切り札となります。また、「エネルギーを制するものは世界を制する」との言葉にあるように、石油に代わって、21世紀の世界の基幹産業になります。

以上の考えに基づき、平本グループでは、次世代太陽電池の有力候補である、有機太陽電池の研究を行っています。

有機太陽電池は、最近スマホ画面にもなっている有機ELの太陽電池版です。有機太陽電池は、軽量なフレキシブルシートの形で、印刷によって新聞のように大量安価に作れ、屋根、壁、窓にはりつけたり、自動車にペンキのように塗って使うなど、これまでのシリコン太陽電池とはちがった全く新しい使い方になります。

平本は、1991年に、有機ブレンド接合(図1)のコンセプト1)を世界に先がけて提案し、有機太陽電池はこの構造をつかっています。また、1990年に、有機タンデム接合を世界で初めて提案し2)、近年の最高変換効率は有機タンデム接合セルによるものです。

有機太陽電池の分野でブレイクスルーを起こすには、有機半導体の物性物理学の深い理解に基づいて、太陽光によって生じる電流、電圧を大きくしていく必要があります3),5)。最近、有機単結晶太陽電池の研究で大きな成果を発表しました4)。若い人たちが、この研究に加わっていただくことを期待しています。

2018_hiramoto1.png

Fig. 1 Concept of blended junction.

2018_hiramoto2.pngFig. 2 ppm-doped organic single crystal (AFM) formed by ultra-slow deposition of 10- 9 nm/s having a rotating shutter.

参考文献

  1. M. Hiramoto , H. Fujiwara , M. Yokoyama, “Three-layered organic solar cell with a photoactive interlayer of codeposited pigments”, Appl. Phys. Lett., 58, 1062-1064 (1991).
  2. M. Hiramoto, M. Suezaki, M. Yokoyama, “Effect of thin gold interstitial-layer on the photovoltaic properties of tandem organic solar cell”, Chem. Lett., 1990, 327-330 (1990).
  3. M. Hiramoto, M. Kikuchi, S. Izawa, “Parts-per-Million-Level Doping Effects in Organic Semiconductor Films and Organic Single Crystals”, Adv. Mater.,30, 1801236 (15 pages) (2018) (Invited Progress Report).
  4. C. Ohashi, S. Izawa, M. Hiramoto et al., “Hall effect in bulk-doped organic single crystal”, Adv. Mater., 29, 1605619 (2017).
  5. N. Shintaku, M. Hiramoto, S. Izawa, “Effect of trap-assisted recombination on open-circuit voltage loss in phthalocyanine/fullerene solar cells”, Org. Electron., 55, 69-74 (2018).