JSTは、自然科学研究機構分子科学研究所の平本昌宏教授、総合研究大学院大学物理科学研究科博士課程学生の石山仁大氏らの研究グループによるドーピング技術により有機薄膜太陽電池の共蒸着膜の特性をn型、絶縁体型、p型と自在に制御することに成功したと発表した。

n型の有機半導体であるフラーレン分子(C60)と、流れる光電流を劇的に増加させることが知られているアルファセキチオフェン(6T)とともに、ドーパントとしてモリブデン酸化物(MoO3)を同時に蒸着する三元蒸着により共蒸着薄膜を作製した。

MoO3の蒸着速度をコンピュータを使って精密に制御することにより、蒸着膜の膜厚の正確な制御ができるようになり、ドーピング濃度をppm(100万分の1)の超極微量の精密さで自在に操る手法を確立した。

このppmドーピング技術により、n型を示すC60と6Tの共蒸着膜にMoO3ドープすることで共蒸着膜そのものの太陽電池特性(エネルギー構造)を、n型、絶縁体型、p型と自由自在に制御することに世界で初めて成功した。

有機太陽電池は、必ず共蒸着膜が使われる。このため、共蒸着膜を直接pn制御する今回の成果は、有機太陽電池の設計・制御可能な製造のための決定的な基盤技術で、今後さまざまな物質への適用による電池効率の飛躍的向上が見込まれる。

今回の研究成果は、JSTの戦略的創造研究推進事業の研究領域「太陽光を利用した独創的クリーンエネルギー生成技術の創出」の一環として行われ、米国物理学協会の発行する応用物理学の専門速報誌「Applied Physics Letters」のオンライン版に近く掲載される予定。