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研究テーマ2太陽光エネルギー変換技術の開発

目的

地球上に無尽蔵に降り注ぐ太陽光のエネルギーを直接電力に変換することのできる太陽電池は、現代のエネルギー・環境問題を解決するうえで、大きな役割を担うことが期待されています。本研究テーマは太陽光エネルギー変換技術の開発を目的として、有機半導体を用いた高効率有機薄膜太陽電池の開発を目指します。ここで、有機薄膜太陽電池とは、半導体特性を有する有機ポリマーを材料とした太陽電池であり、ロール・ツー・ロールやインクジェット法など、近年発達したプリント技術による素子作製プロセスを利用することができます。そのため、将来的には軽量でフレキシブルな太陽電池をより低コストで作製できる可能性があり、様々な場所に持ち運ぶことができる電源装置としての応用も期待されています。具体的には、次世代太陽電池として期待されるバルクヘテロ型有機太陽電池や有機-無機ハイブリッド太陽電池の開発を中心に、有機合成やナノ構造制御という理学的アプローチとデバイス最適化という工学的アプローチを相補的に取り組むことで高効率化を図り、太陽光エネルギー利用の多様化に貢献します。

バルクヘテロ型有機薄膜太陽電池の素子構造

研究内容

有機薄膜太陽電池の光電変換層に用いる材料としては、可視領域の光を効率良く吸収できる半導体材料が必要です。本研究ではこの様な材料として、有機合成的手法により合成したπ共役系有機化合物、天然の色素を模倣したポルフィリン誘導体、有機・無機複合材料である金属錯体などを利用します。新たに合成した光電変換材料に関しては、その光吸収特性・エネルギー状態・電気伝導性などを、様々な物理的手法を用いて明らかにしたうえで、実際に太陽電池素子を作製し、その光電変換特性を評価します。以上の有機薄膜太陽電池に加え、ここ数年世界中で注目されているハロゲン化鉛系ペロブスカイト型太陽電池を参考にした有機-無機ハイブリッド太陽電池(無鉛型)に関してもその高効率化に取り組みます。

期待される成果

太陽光は無尽蔵の資源であり、二酸化炭素や放射性廃棄物を排出しないクリーンなエネルギー供給源です。従って、資源に乏しいわが国にとって、太陽光エネルギーの利用率を既存のエネルギー源と肩を並べるまでに成長させることは、待ったなしの課題となっています。そこで、本研究テーマでは合成化学・物性化学・デバイス開発をそれぞれの専門とする研究者がチームとして協力し、分子軌道計算を用いた分子設計から、有機合成・物性評価・最終のデバイス作製までの研究を、密に情報交換しながら進め、実用可能な新しい高効率太陽電池を開発します。

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