科学技術振興機構（JST）課題達成型基礎研究の一環として、神戸大学大学院理学研究科教授の小堀康博氏らは、有機薄膜太陽電池にできる電荷（電子と正孔）の正確な位置と向きの観測に成功し、光から電流が効率よく生まれる仕組みを分子レベルで初めて明らかにした。

パルスレーザ照射で生じる中間体の磁気的性質を1,000万分の1秒の精度で検出する時間分解電子スピン共鳴法を駆使し、有機薄膜太陽電池基板の光照射直後に生成する電子と正孔の正確な位置や向きと電子軌道の重なりの観測に初めて成功した。その結果、高分子材料のアルキル鎖の分子運動（フォノン効果）によって、BHJで生成した電子と正孔の間の距離が伸び、電極に運ばれることが分かった。

さらに、界面付近の高分子材料による領域では自己組織化による規則的な結晶相が形成されており、この結晶性により正孔の電子軌道に大きな空間的広がりを生む様子が見いだされた。以上のことから、フォノンと結晶性の相乗効果で電荷再結合を抑制しながら電荷を無駄なく電極に伝達し、効率よく光電流ができる仕組みが解明された。

この成果により、高分子材料のアルキル鎖のフォノン効果や結晶相の形成を活用することで電荷再結合を防ぎ電荷解離を促進できることが明らかになった。これは、今後の有機系太陽電池をはじめとしたデバイス開発に不可欠な半導体分子の制御や設計･合成に明確な指針を与えるもので、さらなる高効率化実現の加速に貢献することが期待される。

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