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産総研 有機太陽電池の光電変換効率の理論限界を発表

皆様に有用な太陽光発電業界情報をお知らせします。

独立行政法人 産業技術総合研究所(以下産総研)は12月20日、有機太陽電池の光電変換効率の理論限界を算出したことを発表した。

有機太陽電池は、光電変換効率や耐久性の向上が技術課題であったが、光電変換効率は近年急速に向上しており、アモルファスシリコン太陽電池並みの10%を超える変換効率の報告もある。

このため、有機太陽電池の変換効率をどこまで向上できるのかという点に関心が集まっている。

従来、シリコンなどの無機太陽電池の光電変換効率の理論限界は、1961年にShockleyとQueisserにより約30%が示されていた。

今回の研究では、無機太陽電池と有機太陽電池の、光を吸収した後に電気を生み出す機構の違いを考慮に入れ、電荷分離に必要な余剰エネルギーに着目することで有機太陽電池の光電変換効率の理論的限界を算出した。

電荷分離とは、光を吸収し、対として生じた正電荷と負電荷が、正と負の電荷のために互いに引き合った状態にあったものが、空間的に十分離れた状態となることであり、有機太陽電池は励起子(正負電荷が互いに束縛された状態)が生成されるため、電化分離が必要となる。

束縛状態にある負電荷と正電荷間の距離を1nm、誘電率を有機分子で一般的な値である3.5としてクーロン相互作用を用いると、電荷分離に必要な余剰エネルギーは0.3~0.4eVと計算された。

電荷分離に必要な余剰エネルギーとして0.4eVを用いて光電変換効率の理論限界を計算すると、太陽電池が吸収できる光エネルギーの最小値が1.5eV(光の波長では827nm)の場合に最大値である約21%となった。

今後は理論限界との差の要因を解明し、高効率化のための課題の抽出とその解決へと研究開発を展開していく予定だ。

情報参照元:独立行政法人 産業技術総合研究所

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