超分子材料と太陽電池の関連性について

質問

こんにちは。
太陽電池には高効率な励起エネルギー移動、電荷移動、イオン対形成、再結合の抑制、フリーキャリヤの生成が必要です。
しかし、これが、どのように発電効率の向上につながり、これらに、超分子材料が寄与していくのかがわかりません。
超分子は２つ以上の分子が共有結合以外の結合で連結され１つの分子として挙動するものと定義されていますが、どのように関連あるのでしょうか。
授業でやったことなのですが、先生が非常勤でめったに会えないので、よければ、教えてください。

回答No.2

shupepei

こんにちは。
「発電効率」という言葉を用いているので、ご存知かもしれませんが・・・
有機系太陽電池は「変換効率」自体は現段階では非常に低いです。
おそらく先生は有機材料ならば材料コストの安さから、低い「変換効率」を補って余りある「発電効率」を達成できるとおっしゃいたかったのではないかと思います。
的外れでしたらすみません・・・

変換効率：光エネルギーを電気エネルギーに変換できる割合。

回答No.1

noname#89789

こんばんは。
大学の講義には程遠い内容で誠に恐縮ですが、自動車用部品を作る工場の
しがない一作業員の私見として書かせて頂きます。

ご存知のとおり、太陽光発電（電池）には次の種類が有ります。
○シリコン系結晶系・・・単結晶シリコン太陽電池と多結晶シリコン太陽電池
単結晶または多結晶のシリコン基板を使用したタイプで、発電効率が優れています。
現在最もたくさん生産されているタイプの太陽電池ですね。
○シリコン系非結晶系・・・アモルファスシリコン太陽電池
ガラスや金属等の基板の上に、薄膜状のアモルファスシリコンを成長させて作るもの。
将来的に低価格化が期待されている太陽電池です。

一方、化合物半導体系・・・これは“結晶系”のみですが
単結晶化合物半導体式太陽電池と多結晶化合物半導体式太陽電池に分けられます。
化合物半導体太陽電池とは複数の元素を主原料としたもので、単結晶と多結晶のものがありますが、
単結晶の太陽電池には、人工衛星などの特殊用途に使われているもの、多結晶のものには、用途や使用方法に合わせて多様な材料や構造のものがあります。

さて、超分子材料・・・

おおよそ地球上の物質は、炭素と他の元素の化合物である有機物と、
それ以外の無機物に分けることができるようです。

無機化合物と有機化合物の複合材料として最も一般的なものは、FRP：繊維強化プラスチックでしょう。
軽くて成形性の良いプラスチックに、グラスファイバーや炭素繊維などの骨材を組み合わせることで強度をもたせたもので、住宅機器から航空・宇宙分野まで実に様々な分野で利用されています。
（私の会社でも、この素材の射出成型を行っている部署が有ります。）
そして、無機と有機の複合材料は、両者の特性を合体させるだけでなく、
それぞれを分子レベルから粒子レベル（クラスター）で複合化することによって、
個々では持ち得なかった新たな物性や機能を発現させることができるそうです。
金属クラスターでは、材料が同じでも大きさが違うと異なる性質が現れることが諸研究により解明されました。

授業の内容、とりわけ具体的な数値を用いての高度なご説明など、残念ながら、
こちらにはうかがい知ることは出来ません。
しかしながら・・・

有機と無機の組み合わせは、じつは無限に存在し、その開発分野は、触媒や分離材料、光学材料、生体適合材料、
はては人体での、目的とする細胞に直接治療薬を運ぶドラッグ・デリバリー・システム、
エネルギー変換や水素吸蔵材料など、実に多岐にわたっているそうです。
そう遠くない将来、金属クラスターを使ったハイブリッド材料がノーベル賞にノミネート
される時が確実に来ることでしょう。（笑）

すこし検索してみましたが、なかなかお目当てのページが見つかりません。（苦笑）

例えば、アモルファスシリコンは低コスト材料として、太陽電池の材料としても注目されて来ましたが、
光劣化という根本的な問題を抱えたままのようですし、
薄膜シリコン系でモジュールコストを抑えるためには、この問題を解決する新材料を開発する必要が有ると聞きました。
おそらく、先生がおっしゃりたかったことは、この辺に関連があるのでは？

具体的な数値や書式が示せず、はなはだ心苦しい限りです。
可能であるなら、質問者様と同じ講義を受けてみたい、と考える輩です。（笑）

お礼

こんにちは。
とても丁寧な説明をありがとうございました。
おかげさまで、友達とも安心して講義を聞くことができそうです。
ここまで丁寧にわかりやすく説明してくださるとは思ってなかったので、本当にうれしい限りです。
講義よりもわかりやすく噛み砕いてくださいまして、本当にありがとうございました。