理化学研究所と高輝度光科学研究センターは、塗布型有機薄膜太陽電池で重要なエネルギー変換効率向上に欠かせない結晶性と配向性、さらに印刷プロセスへ適用するための高い溶解性を併せ持った半導体ポリマーを開発した。

再生可能エネルギーとして注目の太陽光発電では、
より高効率かつ低コストで発電可能な電池の研究開発が進んでいる。
中でも半導体ポリマーを用いた塗布型有機薄膜太陽電池は、軽くて柔軟、印刷プロセスで安価に作製できるという特徴を持ち、次世代の太陽電池として期待されている。

実用化への最大の課題はエネルギー変換効率の向上。
エネルギー変換効率の向上を実現するためには、半導体ポリマーをより密に配列して結晶性を高めるとともに、配列の方向をそろえる必要がある。
さらに、印刷プロセスで作製するためには有機溶媒にポリマーを溶かさなければならない。
一方で、ポリマーの結晶性を高めると溶解性は低下するトレードオフの関係があり、
これらを両立できる材料の開発が求められている。

理研の研究者を中心とした研究グループは、結晶性の高い半導体ポリマーに、
直列に炭素原子が並んだアルキル基を導入し、溶媒への溶解性を高めることに成功した。
さらに、このアルキル基を使うと、電流が流れる方向にポリマーの配向もそろい、
効率的な電荷の輸送が可能になった。

作製した素子のエネルギー変換効率は、従来の5％から8.2%に改善し、電荷の移動度は1桁向上した。

今回、塗るだけで理想的な結晶・配向状態を実現し、
良好な電気特性を示す半導体ポリマーの分子設計・合成技術を開発した。
今後、エネルギー変換効率の向上とともに、新しい電子デバイスに展開可能な有機材料の開発にも役立つと期待される。