Energy Transfer for Solar Cell 2025. Papers List
本研究は、太陽電池のエネルギー移動と電荷分離メカニズムの向上に焦点を当てた複数の研究を統合するものである。高効率な有機太陽電池（OSC）の開発において、フレンケル励起子とワニエ-モット励起子の特性を再検討し、特定の共役材料を用いた平面p-nヘテロ接合（PHJ）デバイスの最適化が進められた。これにより、19%以上の変換効率が達成された。また、光合成のZスキームを模倣したカスケードバイオソーラーセル（CBSC）が設計され、クロロフィルとバクテリオクロロフィルを用いた電子移動メカニズムが解明された。さらに、三元有機太陽電池における分子積層パターンの影響が解析され、電荷移動状態の最適化が性能向上に寄与することが示された。一方、フォトイオン化による電荷分離を活用した色素増感太陽電池（DSSC）の新たなメカニズムが提案され、光電変換の効率向上が期待される。また、Er³⁺ドープBaF₂結晶によるアップコンバージョン技術が、シリコンベースの太陽電池の効率向上に貢献する可能性を示した。ナノスケールの電荷移動解析技術（ACTS）を用いた研究では、酸化物やハイブリッドハライドの局所的な電荷挙動が明確化された。さらに、低次元ペロブスカイト（LDPs）を三次元ペロブスカイトのインターレイヤーとして利用する次元工学により、大面積ペロブスカイト太陽電池の安定性と変換効率が大幅に向上した。これらの研究成果は、次世代の高効率太陽電池の設計において重要な知見を提供している。
This research integrates multiple studies focused on improving energy transfer and charge separation mechanisms in solar cells. In the development of high-efficiency organic solar cells (OSCs), the characteristics of Frenkel and Wannier-Mott excitons were reexamined, leading to the optimization of planar p-n heterojunction (PHJ) devices using specific conjugated materials, achieving over 19% efficiency. Additionally, a cascade bio-solar cell (CBSC) mimicking the Z-scheme of photosynthesis was designed, elucidating electron transfer mechanisms involving chlorophyll and bacteriochlorophyll derivatives. The effects of molecular stacking patterns in ternary organic solar cells were analyzed, showing that optimizing charge transfer states enhances performance. A novel mechanism for dye-sensitized solar cells (DSSCs) leveraging photoionization-induced charge separation was proposed, promising improved photovoltaic conversion efficiency. Moreover, the upconversion technique using Er³⁺-doped BaF₂ crystals demonstrated potential for enhancing the efficiency of silicon-based solar cells. A study utilizing nanoscale charge transfer analysis techniques (ACTS) clarified localized charge behaviors in oxides and hybrid halides. Furthermore, dimensional engineering using low-dimensional perovskites (LDPs) as interlayers in three-dimensional perovskite structures significantly improved the stability and efficiency of large-area perovskite solar cells. These findings provide crucial insights for designing the next generation of high-performance solar cells.
