常識を覆す新材料で有機薄膜太陽電池の性能向上に成功 ―低コスト、大面積化に向けた実用化研究が前進―

化学理工学専攻 大北英生 教授、広島大学大学院先進理工系科学研究科の尾坂格 教授、三木江翼 助教、日本電子株式会社の西山裕介 博士らの共同研究チームは、広島大学のグループが以前に開発したポリマー半導体であるPTNT2Tについて、その高い電荷移動度の起源を明らかにするとともに、有機薄膜太陽電池（OPV）において世界最高水準のエネルギー変換効率を達成しました。

従来、ポリマー半導体では、ポリマー主鎖が規則正しく並んだ結晶構造を形成することが電荷輸送性向上に不可欠であると考えられてきました。しかし、PTNT2Tは結晶構造の秩序（結晶性）が低いにもかかわらず高い電荷輸送性を示すことが以前の研究で分かっていました。今回、共同研究チームは、ポリマー主鎖を形成するTNT骨格同士が分子レベルで重なり合う「core‐to‐coreスタッキング」によって、低結晶性ながら効率的な電荷輸送経路が形成されることを発見しました。さらに、PTNT2Tをドナー材料として発電層に用いたOPVは、発電層を厚膜化しても高いフィルファクター（FF）を維持できることを実証しました。特にフラーレン誘導体（PCBM）をアクセプター材料とするOPVでは、300 nmを超える厚膜において、世界で初めて FF 80%超を達成し、世界最高の変換効率12%を実現しました。OPVを大面積化する場合、製造手法上、発電層を厚膜化することが必須であるため、厚膜化しても性能を維持できることは極めて重要です。また、比較的安価なアクセプター材料であるPCBMを用いても高い変換効率を実現できたことは、低コスト化に向けて重要です。

本研究成果は、高結晶性に依存しない高移動度ポリマー半導体の新しい材料設計指針を提示するものであり、近年、次世代型太陽電池として注目が高まっているOPVの実用化を加速することが期待できます。

本研究成果は、2026年7月13日（月）（日本時間18時）に英国王立化学会の総合科学誌「Chemical Science」にオンライン掲載されました。

研究詳細

常識を覆す新材料で有機薄膜太陽電池の性能向上に成功 ―低コスト、大面積化に向けた実用化研究が前進―

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• 大北　英生　　京都大学教育研究活動データベース

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