ICFO、光の放射制御は有機太陽電池の性能を向上させる

February, 16, 2026, Barcelona--ICFOの研究者たちは、蛍光量子収率(FQY)を最適化することで有機太陽電池の性能を向上させた。これは光吸収後の熱放散ではなく光放出を優先することでである。

ACS Energy Applied Materialsに掲載されたこの研究は、太陽電池内の光放射に関連するFQYを、光吸収層と電荷輸送層の界面を工学的に設計することで改善できることを示し、オープンサーキット電圧の測定可能な増加をもたらすことを示している。この手法は他の太陽光発電技術にも応用できる可能性がある。

有機太陽電池(OSCs)はシリコンの代わりに炭素系材料を用いて太陽光を電気に変換する。その柔軟性、半透明性、低コスト製造により、ウェアラブル、スマートウィンドウ、建物統合型太陽光発電などのアプリケーションに魅力的である。しかし、OSCsは大きな損失による大きな効率のボトルネックに直面している。開回路電圧(Voc)、太陽電池の2端子間の電位差である。

ICFOの研究者チームでありSOREC2プロジェクトのメンバー、Dr.Francisco Bernal-Texca, Chiara Cortese, Dr.MariiaKramatrenkoは、UPCとICFOのJordi Martorell教授が率い、最近Vocを大幅に強化する新たな戦略を提案した。研究チームは、Vocのほとんど未解決の決定因子である蛍光量子収率(FQY)に着目した。オリジナルキャラクターACS Energy Applied Materialsに掲載されたこの研究は、その重要性を示している。

太陽電池が光を吸収すると、一部の電子のエネルギーが増加する、つまり励起される。FQYは、光としてどれだけ効率的に再放出されるかを反映してい。電子の余剰エネルギーが熱として失われるのではない。熱は材料界面での化学的欠陥によって失われることがある。ICFOの研究チームは、FQYの最適化はVocを大幅に増加させることを実証した。その効果は、従来の考えとは異なり、無視できるものではない。

「FQYが高いほど、熱への欠陥経路がが減少し、電荷キャリアの密度が大幅に高まり、より高密度の電荷キャリアが蓄積できることを示している」と、論文の筆頭著者、Dr.Francisco Bernal-texcaは説明している。「キャリア濃度が上がるにつれて電位が増加するため、FQYの改善は直接的にVocを増加させ、デバイスは理論上の最大限界により近づく」と同氏は付け加えている。

この結論に至るために、チームは個々の有機成分を単に試験するのではなく、完全に稼働する太陽電池を製作し、前者のFQYが10倍高いことを示した。さらに、ZnOでできた電子輸送層の上に超薄(5nm)のフッ化リチウム(LiF)層を重ね、FQYをさらに18%向上させ、これによりVocゲインは最大で12mVjまで増加する。分光分析によりLiFは化学欠陥を不活性化する保護シーラントとして機能し、電子がトラップ状態に捉えられて，熱として無駄になるのを防ぐことが明らかになった。最後に、研究チームはVocの増加をFQYの増加に相関させる理論モデルを開発した。これは実験データと一致している。

この研究の主任研究者であるJordi Martorell教授によると、「提示された手法はあらゆる種類の太陽電池に応用できる可能性があり、太陽エネルギー変換の既存の限界を超える扉を開く」。現時点では、光の放出のわずかな改善でも全体の電圧に測定可能な影響を与えることが明らかになっている。