スマートフォンのディスプレイに太陽光を当てるだけで勝手に充電が始まる――そんな未来のデバイスを可能にする画期的な素材が誕生しました。東京科学大学（Science Tokyo）の伊澤誠一郎准教授や北海道大学の相澤直矢准教授らの研究チームは2026年4月22日、同一の素子内で極めて高い「光発電効率」と「発光効率」を両立する有機太陽電池の開発に成功したと発表しました。次世代ディスプレイのUX変革と、クリーンエネルギーの効率向上を同時に達成する最先端のナノテクノロジーに迫ります。
相反する「発電」と「発光」の融合。同一素子でエネルギーを循環
光を電気に変える「太陽電池」と、電気を光に変える「有機EL（LED）」は、どちらも内部に共通のエネルギー構造（pn接合）を持つダイオード部品です。そのため、理論上は表裏一体の機能のはずですが、これまでは1つの素子内で高い発電性能と、人間の目に見える可視光の発光を両立することは極めて困難とされてきました。
- 自己完結するエネルギー回路：今回開発された素子は、疑似太陽光の下で良好に発電して蓄電器に電気を貯められるだけでなく、その貯めた電気をそのまま使って、高輝度な赤色に自ら光ることができます。
- 有機EL分子の応用：有機ELの分野で使われる特殊な2種類の発光分子を組み合わせることで、理想的なエネルギー構造を解明し、この双方向の機能融合を世界に先駆けて実現しました。
熱損失を100万分の1に抑制。理論限界（SQ限界）に肉薄する高電圧を達成
従来の有機太陽電池は、光を当ててもエネルギーが「光らない状態（励起三重項状態：$T_1$）」や熱として逃げてしまい、発光効率が0.1%以下と著しく低いことが最大の弱点でした。
- 暗黒のエネルギー逃げ道を遮断：研究チームは、多重共鳴型熱活性化遅延蛍光分子（MR-TADF分子）などを緻密に配置し、エネルギーが光らない状態へ移動してしまうのを物理的に抑制する構造を構築しました。
- 理論の壁を超える超高電圧：これにより、熱としてエネルギーが失われる速度（無輻射再結合速度）を従来比で約100万倍遅くすることに成功。1.83 Vという極めて高い開放端電圧（$V_{OC}$）を叩き出し、太陽電池の効率上限を規定する「ショックレー・クワイサー限界（SQ限界）」に漸近する電圧値を実現。1%以上の光電変換効率を達成しました。
スマホ画面で自家発電。変換効率「25%の大台」に向けた次世代の設計指針
この技術がもたらすインパクトは、単なる実験室内の数値向上に留まりません。
- デバイスの自給自足化：スマートフォンやタブレットの有機ELディスプレイ自体を発電インフラとして利用できるようになるため、日常の光でデバイスが勝手に充電されるような魅力的な製品展開が可能になります。
- 有機太陽電池の限界突破：有機太陽電池の次なる目標である「変換効率25%の大台」を突破するための最大の鍵は、電圧の損失をいかに減らすか（＝太陽電池自体をいかに光らせるか）にかかっています。今回の成果は、次世代太陽電池がガリウムヒ素などの高効率な無機太陽電池と肩を並べるための、決定的な設計指針を提示した格好です。
- さらなる実用化へのロードマップ：今後は、より幅広い波長領域の太陽光を吸収できるようにする技術や、分子自身からの発光も併用する戦略を用いて、発電・発光双方の効率をさらに引き上げていく構えです。
見解として、従来の有機太陽電池の最大のボトルネックだった「熱としてのエネルギー損失」を、有機ELの知見をリバース応用して克服した量子的アプローチが極めて鮮やかです。発電と発光の双方向変換を理論限界まで高めたこの素子は、スマホの自己充電ディスプレイという近未来のガジェットUXを叶えるだけでなく、次世代クリーンエネルギーの効率を劇的に引き上げるゲームチェンジャーとなるでしょう。
詳しくは「東京科学大学」および「Advanced Materials」誌の公式発表をご確認ください。レポート／DXマガジン編集部
