今回の手法で形成したTMDを用いた透明フレキシブル太陽電池
東北大学の加藤俊顕准教授らの研究グループは2017年9月21日、原子オーダーの厚みを持つシート材料である遷移金属ダイカルコゲナイド（TMD）を用いて、透明でフレキシブルな太陽電池の開発に成功したと発表した。
原子オーダーの厚みの2次元シート材料は新材料として注目されており、特に、遷移金属（モリブデンやタングステン）とカルコゲン原子（硫黄やセレン）から構成されるTMDは、半導体特性を示すことから、半導体エレクトロニクス分野で注目を集めている。中でも太陽電池では、90％以上の光を透過する透明でフレキシブルな太陽電池として応用すれば、発電効率は低くなるものの、車のフロントガラスやビルの窓、さらには人体の皮膚など、様々な場所への太陽電池の設置が可能になるため期待が大きい。しかしTMDを使った透明太陽電池を大面積基板に作製する技術はまだ開発されていなかった。
今回同研究グループでは、従来広く用いられているデバイス構造とは異なり、電極とTMDの間に自発的に形成されるショットキーと呼ばれる電位構造を利用して発電するショットキー型太陽電池に着目した。用いる電極の種類と形状を最適化するだけで発電できるシンプルな構造だが、透明なTMDに対して用いた例はなかった。
同研究グループはまず、ショットキー形成に最適な電極種の選定を行った。両端に設置する電極の種類を変えた異種金属電極構造を用いて、電極対の組み合わせを様々に変えたところ、仕事関数（金属表面から電子を放出するのに必要な最小エネルギーに相当する物理量）の差が大きくなるほど発電効率が向上することが判明。次に電極の間隔とTMDの配置方法を最適化し、電極間隔を2μm以下とし、かつTMDを基盤に接触しない架橋型とすることで、最高で0.7％（AM1.5G照射）の発電効率を実現した。これは、透明な2次元シートを使った太陽電池では世界最高の発電効率だという。
さらに同手法は、一般に用いられているリソグラフィーの手法を用いて電極を簡単に大面積基盤にデザインでき、TMDを塗布して太陽電池を形成できる。同研究グループで大面積化を試みたところ、センチメートルオーダーの基盤上でも発電が確認できた。またシリコン基盤に限らず、透明でフレキシブルなポリマー（PEN）基盤上でも太陽電池を作成し発電できることを実証した。これにより、TMDを用いた透明フレキシブル太陽電池の実用化に向けた貢献が期待できるという。
