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富士フイルム 量子ドット薄膜において、光エネルギーの効率的な電気エネルギーへの変換を実現

皆様に有用な太陽光発電業界情報をお知らせします。

富士フイルム株式会社(以下富士フイルム)は5月16日、京都大学 化学研究所(以下京都大学)との共同研究で、量子ドット太陽電池に用いる量子ドット薄膜において、光エネルギーを効率的に電気エネルギーへ変換することに成功したことを発表した。

量子ドットは、光を照射すると別の色の光を発したり、電気を発生したりする特性を持っており、太陽電池、ディスプレイ用発光材料、光検出器など、さまざまな用途への展開が期待できるため、量子ドットの集合体を薄膜状に形成して光デバイスに応用する研究が盛んに進められている。

量子ドットの重要な性質として、1つの光子から複数の電子および正孔が生成されるMEG(マルチエキシトン生成)効果というものがあり、この効果を活用して発生させた光電流を効率的に抽出できれば、高い変換効率の太陽電池や発光素子など、次世代光電変換デバイスの開発につながると期待されている。

しかし、MEG効果によって生成された複数の電子は、「オージェ再結合」という現象により、わずか数十~数百ピコ秒程度の時間で1つの電子および正孔に戻るため、効率的に活用するためには、「オージェ再結合」の抑制が課題となっていた。
加えて、発生した光電流を効率良く取り出すための量子ドット間の電気伝導度の向上も課題であった。

富士フイルムと京都大学は今回の共同研究において、MEG効果を光電流として効率よく抽出するため、銀塩写真分野で培ったナノ粒子表面修飾技術を応用し、一般的な量子ドット薄膜の配位子を、量子ドット間の相互作用を高めるチオシアン系分子に置換した量子ドット薄膜を形成した。

チオシアン系分子で量子ドット間の距離を精密に制御することで、ドット間の電気伝導度を一般的な量子ドット薄膜と比べて7桁程度向上、MEG効果が報告されている配位子にジチオール系分子を採用した量子ドット薄膜と比較しても、1桁程度向上させることに成功した。また、チオシアン系分子を配位子として採用した量子ドット薄膜では、従来に比べ「オージェ再結合」が抑制されていることも確認された。

富士フイルムは、今回の成果は、今後の量子ドットを用いた次世代の塗布型エレクトロニクス分野における基盤技術として、太陽電池をはじめ、光検出器や薄膜トランジスタなど、さまざまな用途への展開が期待されている。

情報参照元:富士フイルム株式会社

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