太陽電池の「不可能」を突破、九州大学が量子収率130%を達成

現在普及しているシリコン太陽電池には、ショックレー・クワイサー限界と呼ばれる理論上の天井があります。1961年に提唱されたこの法則では、単一の接合をもつ太陽電池が太陽光から電気に変換できる効率は最大でも約33%。残りの約67%は熱として逃げてしまいます。

なぜそうなるのか。太陽光にはさまざまなエネルギーの光が含まれていますが、エネルギーが低すぎる赤外線は電子を動かせず、逆にエネルギーが高すぎる光は余分なエネルギーを熱として捨ててしまいます。つまり、ちょうどいいエネルギーの光しか効率よく使えないのです。

この壁を突き破る鍵として注目されているのが、一重項分裂という現象です。

一重項分裂とは、1つの光子が吸収されて生まれた高エネルギーの励起子が、2つの低エネルギーの励起子に分かれる量子力学的なプロセスです。簡単に言えば、「光1粒でエネルギー担体を2つ作る」という離れ業。理論上は量子収率が200%、つまり吸収した光子の2倍のエネルギーキャリアを得ることも可能です。

九州大学とヨハネス・グーテンベルク大学マインツの研究チームは、この課題をモリブデン系の金属錯体で解決しました。この錯体は「スピン反転発光体」と呼ばれ、一重項分裂で生まれた三重項励起子だけを選択的に捕まえる性質を持っています。

研究チームはテトラセンという有機半導体で一重項分裂を起こし、そこで生まれた三重項励起子をモリブデン錯体で受け取る仕組みを構築しました。FRETによるエネルギー損失を回避しつつ、分裂後の励起子を効率よく集めることに成功したのです。

その結果、量子収率は約130%を記録。吸収された光子1つに対して、約1.3個のモリブデン錯体が励起されたことになります。吸収した光子1個あたり1.3個分の励起状態を取り出せたことになり、従来の常識を覆す成果です。この研究は2026年3月25日、米国化学会誌（JACS）に掲載されました。

今回の成果はまだ溶液中での概念実証の段階であり、すぐに市販のソーラーパネルが高性能になるわけではありません。実用化には、同じ仕組みを固体のデバイスで再現し、長期間安定して動作させるという大きなハードルが残っています。

それでも、この研究のインパクトは大きいと言えます。一重項分裂を活用すれば、単接合太陽電池の理論効率を33%から最大46%程度まで引き上げられるとされています。現在の技術では捨てていた高エネルギーの光を有効活用できるようになれば、同じ面積のパネルからより多くの電力が得られます。
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＞課題をモリブデン系の金属錯体で解決

国別の産出量
1 中華人民共和国の旗 中華人民共和国 106,000 全世界での割合（%）　40.2
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%A2%E3%83%AA%E3%83%...

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