九州大学大学院工学研究院の君塚信夫名誉教授・特任教授と、佐々木陽一准教授らを中心とする国際共同研究チームが、量子収率130%という成果を発表しました。
共同研究にはドイツのマインツ大学も加わっています。
九州大学とJSTの発表によると、公表日は2026年3月25日です。
「量子収率」とは、吸収した光子1つに対して、目的とする反応がどれだけ起きたかを示す指標です。
そのため、100%を超えるということは、1つの光を起点に複数のエネルギーキャリアを取り出せたことを意味します。
今回は、従来系の理論限界100%を大きく超える約130%を達成したとされています。
しかし、この130%は溶液系で確認した量子収率です。
一方で、実際の太陽光パネルの発電効率そのものを示す数字ではありません。
つまり、今回は製品性能の更新ではなく、太陽光発電の将来像を変え得る基礎研究の前進として受け止める必要があります。
「物理的な天井」と呼ばれてきた壁。
太陽電池の世界では、長年、単接合型の太陽電池には理論上の効率限界があると考えられてきました。
一般に知られるショックレー・クワイサー限界は、単接合型で最大約33%です。
これは、1つの光子から1つのエネルギーキャリアしか取り出せないという前提に基づく考え方です。
そのため、太陽光に含まれるエネルギーの多くは電気に変わらず、熱として失われます。
つまり、従来の太陽電池は、受け取った光をすべて使い切れていませんでした。
こうした中、研究者たちはこの壁を越える方法を長く探ってきました。
その代表的な方向性の1つが、今回の研究で使われた一重項分裂です。
一重項分裂は、1つの光子から2つの三重項励起子を生み出す現象です。
難しく見えますが、1回の入力から2つの有効なエネルギー状態を作る技術と考えると、全体像をつかみやすくなります。
一重項分裂が注目される理由。
九州大学とJSTの説明では、一重項分裂は、1つの光子から2つの励起子を生み出す夢の光変換技術として期待されています。
励起子とは、光を受けた物質の中で生まれる、電子と正孔のペアです。
太陽電池や光センサーでは、この励起子のふるまいが性能を左右します。
理論上は、分裂後に生じた2つの三重項励起子から電子を取り出せれば、光電変換効率200%の可能性まで見えてきます。
もちろん、ここでいう200%は通常のパネル効率をそのまま示す話ではありません。
しかし、1つの光子に対して1つしか得られないという前提を崩せる点で、意味は非常に大きいです。
一方で、これまで一重項分裂の恩恵を十分に取り出すことは簡単ではありませんでした。
分裂前の一重項からエネルギーが失われる過程が競合するためです。
そのため、分裂後に生じるエネルギーをうまく受け取る分子が必要でした。
従来法で起きていた取りこぼし。
今回の研究が重要なのは、一重項分裂そのものだけではありません。
分裂後に生じたエネルギーをどう回収するかという難所に正面から取り組んだからです。
九州大学の説明では、分裂後の励起三重項エネルギーを高効率に受け取る分子が求められていたと明記しています。
従来の議論では、分裂の前にエネルギーが別の経路へ逃げることが問題でした。
つまり、1つから2つへ増やす前に、そもそも取り出しの段階でロスが出ていたわけです。
理論は魅力的でも、実験で壁を越えるには回収機構の設計が必要でした。
こうした中、研究チームはスピン状態を選択的に扱える分子に注目しました。
ここが、今回の成果の核心です。
太陽光発電の未来は、光を集めるだけではなく、生まれたエネルギーを逃がさない設計にかかっていることを示したからです。
鍵を握ったスピンフリップ発光体。
研究チームは、モリブデン錯体をベースとするd電子系金属錯体をエネルギーアクセプターとして活用しました。
エネルギーアクセプターとは、光を受けた別の分子からエネルギーを受け取る役割を持つ分子です。
今回の研究では、この分子が分裂後の励起子を効率よく受け取る役割を担いました。
九州大学とJSTは、この分子をスピンフリップ発光体と説明しています。
電子のスピン状態を選択的に識別しながらエネルギー移動を進める点が特長です。
そのため、一重項分裂で生じたエネルギーを、従来よりも無駄なく捕集しやすくなりました。
実際に研究チームは、モリブデン錯体の近赤外発光を使って定量評価を行い、約130%のモリブデン励起二重項収量を確認しました。
さらに、スピン量子もつれ三重項対からの三重項エネルギー移動過程の寄与も明らかにしています。
専門的な内容ですが、要するに、増えたエネルギーを確かに拾えていることを実験で示したということです。
今回の130%は何を示し、何を示さないのか。
今回の数字は、ニュースとして非常にインパクトがあります。
しかし、一方で誤解もしやすい数字です。
130%は太陽光パネルの発電効率ではなく、量子収率です。
この点を取り違えると、「すでに33%の壁を超える実用パネルができた」と読めてしまいますが、そこまでは示していません。
今回の成果は、あくまで溶液系での概念実証です。
そのため、固体デバイス化、大面積化、長期耐久性、量産との整合など、実用化までには多くの段階が残ります。
研究チーム自身も、今後は光電変換デバイスの作製を進め、太陽光発電への応用を見据えた国際共同研究を展開するとしています。
それでも、100%超の量子収率を実験で示した意義は大きいです。
つまり、理論上は語られてきたが、実際の系で乗り越えるのが難しかった壁に対し、明確な突破口を示したことになります。
研究の世界では、こういう一歩が後の大跳躍につながることがあります。
静かな基礎研究ほど、後でニュースの顔になりがちです。
世界で進む高効率化競争。
九州大学の成果と同じ2026年3月には、EPFLとCSEMの研究チームが、ペロブスカイト2層とシリコン1層を組み合わせたトリプルジャンクション型太陽電池で30.02%の認証効率を達成したと発表しました。
このトリプルジャンクション型は、異なる波長の光をそれぞれ得意な層で受け止める構造です。
そのため、1つの材料だけでは取りこぼしていた光も、より広く電気に変えやすくなります。
さらに、中国のJinkoSolarについては、2026年2月にM10サイズのTOPCon太陽電池で26.66%の変換効率を達成したと、業界専門誌が報じています。
ただし、この点は現時点では業界報道ベースの情報です。
基礎研究と実用化研究は別の前線にいる。
九州大学の成果と、EPFLやJinkoSolarの成果は、同じ「太陽電池の高効率化」でも意味合いが少し異なります。
九州大学は、理論の壁そのものに挑む基礎研究です。
一方で、EPFLやJinkoSolarは、実際のセル構造や量産接続を視野に入れた応用研究の色合いが強いです。
つまり、前者は「何が原理的に可能か」を押し広げています。
後者は「それをどう高性能なセルとして形にするか」を進めています。
こうした中、両者が別々に見えても、将来的には同じ流れに合流する可能性があります。
太陽光発電は、いままさに物理の新発見と製造技術の進歩が同時に走る段階にあります。
そのため、基礎研究で得た知見が、数年後には新しいセル設計の常識になることもあり得ます。
研究の世界では、今日の「まだ実験室」が、明日の「量産前夜」になることがあります。
太陽光発電は転換点に近づいている。
今回の九州大学の研究は、1つの光子から2つ分の有効なエネルギーを取り出す道筋を示しました。
これは、太陽光発電の理論を押し広げる成果です。
今すぐ屋根の上のパネルが130%になるわけではありません。
しかし、将来の設計自由度を大きく広げる発見です。
一方で、30%超の高効率セルの記録更新も進んでいます。
つまり、理論突破と実装前進が同時に起きているのが現在の太陽電池研究です。
こうした流れが続けば、太陽光発電の常識はこれまでより速いペースで変わる可能性があります。
今回の成果は派手な製品発表ではありません。
しかし、将来を左右するのはこうした基礎研究です。
太陽光発電の理論限界に迫る研究が、実験室の中で着実に進んでいる。
それが、このニュースの本質です。
ソース
九州大学 研究成果発表。
科学技術振興機構（JST）共同発表。
EPFL公式ニュース。
Nature掲載論文情報。
JinkoSolarに関する業界報道。
