今堀博 工学研究科教授（ 高等研究院物質–細胞統合システム拠点（iCeMS=アイセムス） 連携主任研究者 ）、 梅山有和 同准教授らの研究グループは、薄膜化した際に励起状態が長寿命化する電子受容性材料を開発することに成功しました。また、その材料を用いた有機薄膜太陽電池は、10％程度の高いエネルギー変換効率を実現しました。
有機薄膜太陽電池の発電層では、太陽光エネルギーを用いてプラスとマイナスの電荷を発生させています。多くの電荷を発生するためには、電子受容性材料が効率よく太陽光エネルギーを吸収し、それによりできる励起状態が長い寿命を有することが望ましいと言われています。太陽光エネルギーを効率よく吸収するためには、電子受容性材料のバンドギャップが小さい必要があり、一般的にバンドギャップが小さい材料は、励起状態の寿命が短くなってしまいます（エネルギーギャップ則）。
本研究では、電子受容性材料に、ベンゼン環やピリジン環が二次元平面状につながった構造を組み込み、分子間相互作用を制御することで、バンドギャップが小さくとも、励起状態が長く続く材料を作り出すことに世界で初めて成功しました。その電子受容性材料（TACIC）を用いた有機薄膜太陽電池は、10％程度の高いエネルギー変換効率を示しました。
今回開発した電子受容材料のように励起状態が長寿命化すれば、原理上ナノレベルの混合をする必要がなくなるため、有機薄膜太陽電池の実用化に向けた大きな一歩となることが期待されます。
本研究成果は、2020年3月6日に、国際学術誌「Chemical Science」に掲載されました。
図：今回開発された電子受容性材料（TACIC）は、これまでの材料に比べ、約50倍も励起状態を長く保つことができる（イラスト：高宮泉水 iCeMS特定助教）
詳しい研究内容について
書誌情報
【DOI】 https://doi.org/10.1039/C9SC06456G
【KURENAIアクセスURL】 http://hdl.handle.net/2433/245914
Tomokazu Umeyama, Kensho Igarashi, Daiki Sasada, Yasunari Tamai, Keiichi Ishida, Tomoyuki Koganezawa, Shunsuke Ohtani, Kazuo Tanaka, Hideo Ohkita and Hiroshi Imahori (2020). Efficient light-harvesting, energy migration, and charge transfer by nanographene-based nonfullerene small-molecule acceptors exhibiting unusually long excited-state lifetime in the film state. Chemical Science, 11(12), 3250-3257.
- 日刊工業新聞（3月6日 29面）に掲載されました。
