Energy Transfer for Solar Cell 2025. Papers List
近年、太陽電池におけるエネルギー移動（エネルギートランスファー）機構の最適化が、高効率化に向けた重要な研究課題となっている。ACS Appl. Mater. Interfaces誌では、メチルアンモニウムを含まないペロブスカイト太陽電池において、自己組織化単分子膜（SAM）の均一性を添加剤4MAにより制御し、界面での電荷移動と再結合の抑制を通じて23.8%の高い変換効率を実現した。一方、ChemSusChemでは、自然光合成のZスキームに着想を得てクロロフィルおよびバクテリオクロロフィル誘導体を用いた層状バイオソーラーセルが設計され、色素間での優れたエネルギー移動と長寿命電荷移動状態が確認された。また、J. Phys. Chem. Lett.においては、InAs量子ドット薄膜におけるピコ秒スケールのDexter型エネルギー移動が報告され、赤外光応答型素子への応用可能性が示された。さらに、J. Chem. Phys.では、光誘起による電子の連続状態遷移を活用した電荷分離機構が、色素増感太陽電池の高効率化に新たな知見を提供した。これらの研究は、エネルギー移動および電荷移動過程の精密な制御が、材料設計とデバイス構造の両面から太陽電池性能の向上に直結することを示している。今後、量子ドット、バイオ色素、有機半導体など多様な光活性材料におけるエネルギー移動ダイナミクスの理解と制御は、次世代太陽エネルギー変換デバイスの鍵となる。
In recent years, the optimization of energy transfer mechanisms in solar cells has emerged as a key strategy for improving device efficiency. A study in ACS Applied Materials & Interfaces demonstrated that the use of a 4MA additive enables uniform self-assembled monolayer (SAM) formation in methylammonium-free perovskite solar cells, thereby enhancing charge transfer at interfaces and suppressing recombination, achieving a high power conversion efficiency of 23.8%. In ChemSusChem, a layered bio-solar cell inspired by the natural Z-scheme of photosynthesis was designed using chlorophyll and bacteriochlorophyll derivatives. This system exhibited efficient energy transfer between dyes and a long-lived charge-separated state. Additionally, The Journal of Physical Chemistry Letters reported picosecond-scale Dexter-type energy transfer in InAs quantum dot thin films, highlighting their potential for infrared-responsive photovoltaic devices. A study in The Journal of Chemical Physics further revealed a novel charge separation mechanism based on photoinduced transitions to continuum electronic states, offering new insights into the performance enhancement of dye-sensitized solar cells. Collectively, these studies underscore that precise control of energy and charge transfer processes—through both material design and interface engineering—is critical to advancing solar cell technologies. A deeper understanding of energy transfer dynamics in emerging photoactive materials such as quantum dots, bio-dyes, and organic semiconductors will be essential for the development of next-generation solar energy conversion devices.
