LATEST NEWS 2019年6月29日

ナノチューブで光電変換の効率が大幅に向上 次世代太陽電池の実現へ

 張奕勁(ちょう・えきけい)学振特別研究員(大阪大学=研究当時)と岩佐義宏教授(工学系研究科)らは、特定の半導体の結晶構造をチューブ状にすることで、光エネルギーから電気エネルギーへの変換(光電変換)の効率が著しく高まることを発見した。成果は6月19日付の英科学誌『ネイチャー』に掲載された。

 

 一般に、光電変換には、空間的に非対称な結晶構造を持つ物質を必要とする。電子の少ない半導体と多い半導体の界面の電位差を用いる従来の太陽光発電の原理では、界面を隔てて異なる物質がつながることで非対称になっている。しかし太陽電池の研究が進み、この方法での発電効率は理論上の限界である約30%に達しつつある。界面を形成せずとも物質の結晶構造自体の非対称性によって光電変換が起きる「バルク光起電力効果(BPVE)」が注目されていた。

 

 今回は、1ナノメートル(1ナノメートルは10憶分の1メートル)級の厚さの層を形成する「2次元物質」の一つである二硫化タングステンを利用。原子が平板に並ぶナノレベルの層をチューブ状に丸めた際に、結晶構造が空間的に非対称になり、光電変換の効率が大幅に高まった。

 

 結晶構造を操作しやすい2次元物質でのBPVEが、他の物質の場合よりも大きいことから、2次元物質が光電変換の材料として利用される可能性が高まった。従来と異なる原理による高効率の太陽光発電への応用が期待される。

 

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