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2015年09月01日

button_15.jpg  光の波長変換に新材料、九州大学主幹教授君塚信夫氏――太陽光発電を効率化(日本のイノベーター)

[ 2015年8月25日 / 日経産業新聞 ]
 光のエネルギーが高くなるよう波長を変換する技術「フォトン・アップコンバージョン」。太陽電池で具体化すれば、懸案となっている発電効率の向上に役立つ。九州大学が得意とする「自己組織化」の手法を用いて同技術の実現に向けた固体の新材料を開発し、注目を集めるのが同大主幹教授の君塚信夫(55)だ。

 この技術は太陽光を受けるとエネルギー状態が高まる物質と、高エネルギー状態になると発光する2種類の物質を組み合わせる。太陽光を受けた前者が隣接する後者にエネルギーを渡す。発光物質の分子同士が衝突するとその際、最初に受けた太陽光よりも高エネルギーの短い波長の光を出す原理を生かす。

 例えば、次世代型として期待されるペロブスカイト太陽電池は約800ナノ(ナノは10億分の1)メートルよりも短い波長でしか発電できない。新技術の物質を電池表面に薄膜にして置けば、今まで利用できなかった長い波長も使えるため発電効率が高まる。光触媒の性能向上にも使える見込みだ。

 フォトン・アップコンバージョンの原理は1960年代から知られていた。2000年代に海外の研究チームが適した物質を報告して研究が活発になった。発光するには発光物質の分子同士が1ナノメートル以下まで近づかなければならない。分子が自由に動ける環境にするため有機溶媒を使うが、揮発性で太陽電池に応用するには不向きだった。

 「自己組織化を結びつけたのが我々の特徴」と君塚は力を込める。分子が規則的な構造を作る自己組織化を使い、分子が動くのではなく、エネルギーが動く分子構造を実現した。

 君塚は自己組織化の研究で著名な九大名誉教授の国武豊喜の研究室で学び、その後を継いだ。博士課程などで分子間のエネルギーの移動に関する論文を出しており、当時から「発光現象が起こることに気付いていた」。だがしばらくは、01年に報告したイオン液体での自己組織化などの研究をしており、手が回らなかった。

 本格的にこの研究を始めたのは12年。金属錯体の自己組織化の研究でノーベル賞候補といわれる京都大学教授、北川進の研究室から楊井伸浩が助教として加わってから研究が加速。13年12月には有機溶媒を使い、波長を入射光の532ナノメートルから433ナノメートルに縮めて発光することに成功した。

 その後も成果は相次ぐ。固体での実現を目指して金属錯体に注目。今年8月には発光物質「ジフェニルアントラセン」と金属原子を格子状に規則的に並べ、格子表面に太陽光でエネルギーが高まる物質「ポルフィリン」を付けた金属錯体で波長を変換した。緻密に設計しており、物質を混ぜるだけで自己組織化してできる。

 実用化には光を変換する効率などを高める必要がある。効率や変換できる波長の違いなど物質による特徴も分かってきた。君塚は「原理を示すことができた。実用化へのマイルストーンになる」と胸を張る。

 研究室のテーマは「自己組織化で不可能を可能にする」。自己組織化の研究は先代の国武時代のもの。「自己組織化の何がいいのかとずっと考えてきた。何か仕事をするシステムに仕上げたい」と意欲をみせる。=敬称略

(松田省吾)

 きみづか・のぶお 1960年福岡県出身。84年九大大学院修士課程修了、85年同大助手。90年工学博士号を取得。92年助教授、2000年教授。09年より現職。12年、高分子学会賞受賞。
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