筑波大学の丸本一弘准教授と広島大学の尾坂格教授らは、3種類の半導体を用いた三元系高分子太陽電池の安定性向上メカニズムを分子レベルで解明した。太陽電池の性能変化は、構成材料の光活性層と電子輸送層の電荷状態の変化に由来することが分かった。n型半導体を光活性層に添加することで電池の劣化を抑えられる。高効率、長寿命な太陽電池を低コストかつ環境負荷を抑えて作れるようになると期待される。

太陽電池が動作している状態で電池内部の電荷状態の変化を調べるため、電子スピン共鳴と電池性能を同時に測定できる手法を独自に開発した。

これにより疑似太陽光照射下の三元系高分子太陽電池を調べると、電池に含まれるスピンを持つ電荷の数が、電池性能に関わる電流や電圧と強く相関することが分かった。

さらに、3種類の半導体材料を混合した光活性層と酸化亜鉛で作製した電子輸送層の電荷状態が変化することで、電池の電流減少や電圧増加が起こることが分かった。

特にn型半導体を添加した光活性層の素子では、光照射による電荷蓄積を抑制できた。電荷の蓄積状態を制御することで、電池性能を高められる。