ペロブスカイト太陽電池の低コスト化に期待、新たな電子輸送材料の開発に成功

[スマートジャパン]

　名古屋大学は2026年8月28日、京都大学、東京都立大学との共同で、「キラルX形」という特異な分子形状を有する電子輸送材料を開発したと発表した。ペロブスカイト太陽電池の低コスト化や、次世代スピントロニクスの実現に貢献する成果だという。

　電子輸送材料はさまざまな有機電子デバイスの基本的な構成要素である。中でも次世代太陽電池として期待されるペロブスカイト太陽電池では、溶液塗布によって成膜が可能な電子輸送材料が求められる。現在はこのような材料としてフラーレン系電子受容体が広く用いられている。しかし、フラーレンは材料コストが高いことや、分子の設計性が限られていることが課題だった。

　加えて、近年ではキラルな有機分子が片方のスピン状態を有する電子だけを選択的に流す現象（キラル誘起スピン選択性）を示すことが分かり、省電力半導体や大容量メモリなどの基盤技術となる次世代スピントロニクスへの応用が期待されている。しかし、優れたスピン選択率を示す電子輸送材料は限られており、新材料の探索が求められていた。

　今回研究グループは、新たに8の字型π共役分子（CBBC）の変換によって、独自の新規電子輸送材料を開発した。この電子輸送材料は、「キラルX形」という複雑にねじれた分子形状でありながら、分子内結合開裂法という独自の合成技術を基盤として、高価な原料を用いず簡単に合成できるのが特徴。さらに今回開発した材料を電子輸送層として含むペロブスカイト太陽電池素子は、汎用されるフラーレン系材料から成る素子に匹敵する20.6％の光電変換効率を示したという。

開発した電子輸送材料のイメージ　出典：名古屋大学

　さらに、同材料は優れた選択率でキラル誘起スピン選択性も示し、CBBCが電子輸送材料の基本骨格として有効であることも実証した。非フラーレン系電子輸送材料の開発は世界中で進められているが、その基本骨格はインダセノジチオフェンやペリレンジイミドといった一部の分子に限られていた。今後はCBBCの変換によって数多くの電子輸送材料が創出され、次世代材料の開発につながることが期待されるとしている。