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■本セミナーの主題および状況

★有機薄膜太陽電池は、塗布型、軽量、フレキシブルという特長をもつ次世代型太陽電池であり、カーボンニュートラル実現に向け注目を浴びています。また、高い光透過性を有する点や重金属を含まない点は、同様の特徴をもつペロブスカイト太陽電池にはない利点です。一方で、エネルギー変換効率は、20%近くまで急激に向上しているものの、シリコンやペロブスカイトに比べるとまだ低く、さらなる向上が不可欠です。本講演では、有機薄膜太陽電池の高効率化に向けた材料開発と今後の展望について詳しく解説します。

■本講座の注目ポイント

★有機薄膜太陽電池（OPV）は発電材料を含め大部分を有機化合物で構成できる太陽電池です。発電効率は大きくないものの、両面から受光でき、シースルー（半透明）にできる太陽電池です。大気下の印刷プロセスで作製できるため、幅広で長いロール状のPET等のフレキシブルな基板にて大量生産が可能です。上記の独自の特性から、他の太陽電池と比べ、適用される市場が異なります。

講座担当：青木良憲

≪こちらの講座は、WEB上での開催のオンライン講座になります≫

　有機太陽電池の効率は２０％に達した。今後、シリコンに匹敵する２５％を実現するには、キャリア再結合を抑制による開放端電圧の増大が必要不可欠である。また、長期的には、無機半導体と同様の、励起子フリーの高効率光電流発生が実現する可能性がある。本講義では、有機太陽電池の原理、効率２５％を実現するためのキーポイント、長期的な展望について述べる。有機太陽電池の基礎とともに実用レベルの効率を実現する方法について理解することを目標とする。

　共役高分子や有機半導体を光発電層に用いた有機薄膜太陽電池の特長を述べたのち、これまでどのような戦略により効率向上が実現されてきたのかについて概説する。その後、電流向上の戦略について、光捕集帯域を拡大するための材料設計や素子構造設計の観点から個別の事例を取り上げながら詳しく解説する。続いて、電圧向上の戦略について、材料の電子準位の制御や界面電子状態の制御の観点から個別の事例を取り上げながら詳しく解説する。最後に、今後の展望として、さらなる高効率化に必要な課題、耐久性、コスト面での課題についても言及する。

　柔軟性に富む有機太陽電池は次世代太陽電池としての注目を集めている研究分野である。近年ではエネルギー変換効率の向上が著しく進み、実用化への期待が高まっている。本講演では、有機太陽電池の柔軟性に特に着目し、その最新動向と応用展開の可能性について議論することを目的とする。基板厚さを１µm程度まで薄くした極限の薄さ・軽量性を持つ超薄型有機太陽電池の利点を紹介した後、エネルギー変換効率や安定に関する我々のグループを中心とする最新成果の紹介を行う。その後、応用展開の可能性として衣服貼り付け型太陽電池、皮膚貼り付け型の電源一体型センサ、サイボーグ昆虫への応用などの最新成果を紹介する。

【講演キーワード】
有機半導体、有機太陽電池、次世代太陽電池、フレキシブル太陽電池、フレキシブル、フレキシブルエレクトロニクス、ストレッチャブルエレクトロニクス、

【習得できる知識】
・フレキシブルエレクトロニクスにおける重要な性能指標である柔軟性評価に関する基本的な知識。
・曲げ歪み計算に関する基礎知識。
・フレキシブル有機太陽電池の最新のエネルギー変換効率。
・フレキシブル有機太陽電池の持つ課題についての基本的知識、解決のための技術
・応用に関する紹介を通じて、有機太陽電池の可能性についてのヒントを修得できる。

【講演のポイント】
　講演者は有機エレクトロニクスの柔軟性に注目した研究をこれまで行っており、極限の薄さから実現される柔軟性、軽量性を利用した新しい応用を複数提案している。本講演では、柔軟性を実現するための基礎から応用まで広く学習することが可能である。

　有機薄膜太陽電池では、励起子がドナー・アクセプター界面の電子準位のオフセットを使って電荷分離し、生成した自由電荷が電極に集められることで発電する。本講演では、これらの過程を電子準位の面から解析し、測定の原理や具体例に基づいて理解することを目的とする。最初に有機半導体の電子準位が何で決まるのか、という基本から始める。そして、電極での電荷収集に関わる金属・有機界面の電子準位、電荷分離に関わるドナー・アクセプター界面の電子準について考えていく。最後に、励起子束縛エネルギーについての最新の研究成果に基づいて、太陽電池材料の設計指針を考察する。本講演の特徴は、これまで詳しいことが分かっていなかった空準位（LUMO準位）の最新の知識が豊富に含まれていることである。

【講演キーワード】
低エネルギー逆光電子分光法、励起子束縛エネルギー、バンドギャップ、電子親和力、イオン化エネルギー、有機半導体、界面電子準位接続

【習得できる知識】
電子分光法・サイクリックボルタンメトリーなどの電子準位の測定法の原理の違い・正しい使い方が理解できる。
界面電子準位の考え方が理解できるようになる。
有機半導体の励起子束縛エネルギーの測定法、特徴が理解できる。

【講演のポイント】
講演者は、2012年に低エネルギー逆光電子分光法（LEIPS）を開発し、価電子（HOMO）準位と同等の精度で空準位（LUMO）準位の測定を可能にした。LEIPSは今では世界中の有機半導体研究で活用されている。LEIPSの活用法だけでなく、価電子と空準位の両方の測定からしか分からない有機半導体の特有の評価法についても紹介する。