山形大，「重ね塗り」による有機薄膜太陽電池の高性能化に成功

山形大学と奈良先端科学技術大学院大学の研究グループは，軽量で柔軟性などに優れた次世代の太陽電池として研究されている有機薄膜太陽電池の新しい材料を開発し，太陽電池として動作することを実証した（ニュースリリース）。

従来の塗布型有機薄膜太陽電池では材料が溶媒に溶けるため，重ね塗りによる積層構造を作製することが困難であり，バルクヘテロ構造と呼ばれるp型とn型の半導体を混合した層を一層だけ成膜する方法が主流だった。

研究グループは，溶媒に溶かして基板上に塗布した後に，光を当てることで不溶化する有機半導体材料を開発し，室温条件下，溶液プロセスで p-i-n 積層構造の太陽電池を作製することに成功した。積層構造が可能なので，p層とi層（中間層）にそれぞれの役割に適した構造の化合物を使うことができるようになり，テイラーメイドの化合物を利用することが可能になった。その結果，同一材料のバルクへテロ型太陽電池に比べて，変換効率で2倍以上の向上が確認された。

開発した光変換前駆体は，変換反応自体は室温/低温で進行するため穏やかな条件での成膜が可能。これまでに研究グループは，光変換前駆体法を利用した塗布型有機薄膜トランジスタや，変換前後で発光特性を大きく変化させる潜在性発光材料などを報告してきた。今回，光変換により溶媒への溶解度が低くなる特徴を利用して，塗布積層による p-i-n 型太陽電池の作製を行なった。

光変換前駆体は溶液に溶かした材料をスピンコート法などで薄膜にした後，光を照射して構造変換を引き起こし，半導体材料へと変換することができる。化合物の構造変化に伴い，溶解度を下げて難溶性とすることが出来るため，スピンコートと変換を繰り返し，おだやかな条件で積層構造を作ることが可能になった。

その結果，これまで溶液プロセスでは難しかった p-i-n 構造の実現に成功した。p-i-n 構造は，バルクへテロ構造に比べてキャリアの取り出しなどに優れており，溶液プロセスによる，デバイス作製の可能性を広げることが期待されるという。

研究グループは今回の成果について，塗布型の積層有機薄膜太陽電池への展開が期待されるとしている。加熱を必要としない温和な条件で有機半導体を成膜できるため薄くて柔軟なプラスチックフィルムなどの上にも高性能有機太陽電池を直接作製することが可能になる。その他，光変換前駆体の光反応を利用した応用としては塗布型有機薄膜トランジスタ，有機ELのホール輸送剤、潜在性発光材料などへの展開が考えられるという。