自然界を模倣した革新的な光捕集システムが効率的な太陽エネルギー技術を実現

Tokyoヴュルツブルク大学（JMU）の科学者たちは、新しい光収穫システムを開発しました。このシステムは非常に効率的で、植物や細菌が行うように可視光全体から光を集めることができます。

従来の光捕獲システムにはいくつかの制約があります。まず、シリコンなどの無機半導体は光の吸収率が低く、厚い層が必要とされます。一方で、有機染料はより効率的ですが、非常に薄い層で済むという利点があるものの、広い波長範囲をカバーすることができません。

JMUの新しいシステムは、無機半導体と有機色素の特徴を融合したものです。無機半導体のようにバンド構造を持ち、可視スペクトル全体で光を吸収することができます。また、有機色素の高い光吸収能力を活用しています。この結果、このシステムは薄い層で大量の光エネルギーを捕えることができます。

新しいシステムの主な特徴:

• 4種類の異なるメロシアニン色素が使用されています。
• これらの色素は折り畳まれ、密に積み重ねられています。
• この配置により、アンテナ内で超高速かつ効率的なエネルギー輸送が可能となっています。

試作品はURPBと呼ばれています。これは、紫外線（U）、赤（R）、紫（P）、青（B）の4種類の色素成分によって吸収される波長を表しています。この新しい設計により、従来の方法が持ついくつかの制約を克服し、幅広い範囲の光を取り込むことが可能になりました。

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研究者たちは、「新しい集光システム」を蛍光量子収率という方法を用いてテストしました。この技術は、システムが光として放出するエネルギー量を測定し、どれだけの光エネルギーを集めたかを示します。

新しいシステムは受け取る光の38%を、広範囲の色への蛍光に変換します。これは、個々の染料が達成できる1%未満から3%程度を大きく上回っています。この向上は、新しいシステム内で染料分子がどのように配置され、組み合わされているかが、光を効率的に集めるのに非常に効果的であることを示しています。

ヴュルトナー教授が率いるユリウス・マクシミリアン大学（JMU）の有機化学研究所/ナノシステム化学センターのチームは、新しい光収集システムを開発しました。このシステムの研究とテストには、理論化学研究所のトビアス・ブリクスナー教授のグループが協力しました。

JMUのチームは、現在の太陽光発電システムが抱える一般的な問題を解決する方法を見つけました。彼らは無機材料と有機材料の長所を組み合わせて、より効率的なシステムを開発しました。この新しいシステムにより、太陽電池を軽量化し、効率を向上させることができ、太陽エネルギーの利用方法に革新をもたらす可能性があります。