世界レベルの光電人材を育成

太陽電池の権威——楊陽

文・陳群芳　写真・楊陽　翻訳・山口雪菜

1月 2022

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台北で生まれ育った楊陽は、何事にも好奇心を抱く子供だった。成功大学物理学科を卒業後、米国へ留学し、光電材料の研究に取り組んできた。その後、カリフォルニア大学ロサンゼルス校で教鞭を執るようになり、研究チームを率いて有機太陽電池の変換効率向上の面で次々と世界の記録を更新してきた。楊陽の教え子は世界各地の著名大学や、アップル、インテル、TSMCなどの先端企業で働いている。今も世界のために人材を育成し続ける楊陽は、世界最大の多国籍情報サービス企業であるトムソン‧ロイター社により、世界で最も影響力を持つ科学者に選ばれた。

楊陽は生涯を光電分野の研究に注いできた。その実験成果は幾度も世界の記録を打ち破り、太陽光発電の発展に寄与している。

態度が勝敗を決める

台湾出身の楊陽は1997年、カリフォルニア大学ロサンゼルス校（UCLA）で大学教員としての生活を始めた。9坪の実験室と大学が提供する10万ドルの予算をもって科学教育と研究の学術キャリアをスタートさせたのである。彼は常に、創意と科学研究に対する真剣な態度こそ、勝敗を分けるカギになると信じていた。

この信念をもって、彼の研究室は博士やポストドクターなど100人以上の人材を育ててきた。その4割は世界各地の大学教授となり、他の4割は世界のトップ企業に就職し、その他の2割は自ら起業している。

楊陽の研究チームは素材別の吸収スペクトルという概念を中心に2年の研究を経て、光電変換効率を大幅に高めることに成功した。有機太陽電池の光電変換効率が、科学史上初めて10％を超えたのである。

1997年、楊陽はインクジェット方式による高分子有機材料の吹き付けに成功し、有機EL（OLED）製品の可能性を大きく前進させた。

5000キロの彼方での挑戦

「台湾大学からアメリカへ」というのは1960～80年代の台湾大学学生の主要な価値観だった。1982年に楊陽も留学の夢を抱き、兵役を終えるとマサチューセッツ州の大学院へ進んだ。米国の教授は学生の質問と論文発表を奨励し、それが彼の学習意欲を刺激し、台湾では平均70点だった学生が米国ではオールAを取るようになった。

博士の学位を取得した楊陽には、すぐにいくつも仕事の話が舞い込んできた。年収4万5000ドルにストックオプション、グリーンカードといった好待遇だった。これと同時に、全米で定員わずか100人のNRCナショナル‧リサーチ‧カウンシル（全米研究評議会）の博士研究員にも選ばれた。最終的には米国籍が必須条件だったため諦めたが、楊陽にとっては大きな栄誉だ。

楊陽は大学院で6年にわたって助教を務めたことで教育への興味を持っていた。学生たちとの議論が好きな彼は、人々の期待とは裏腹にカリフォルニア大学リバーサイド校の博士研究員となることを決めた。年収は2万2000ドルで企業の給与の半分にも満たず、グリーンカードも取れない。しかし楊陽は、妻の支持を得て6年滞在した快適なマサチューセッツを離れてカリフォルニアへ向かった。学術研究こそ彼の理想だったのである。

そして妻とともに車でアメリカ大陸を横断し、5000キロ先のカリフォルニアへ移動し、新たなチャレンジを開始した。

楊陽は学生たちの成長に期待し、科学研究に対する彼らの情熱を引き出していく。

ただ研究のみを愛す

カリフォルニア大学リバーサード校で数か月働いた後、同州にあるUNIAX社がフレキシブル‧ポリマー有機EL（OLED）を開発したと知り、楊陽は興味を持った。彼は自らUNIAX社と連絡を取り、面接の機会を得た。ところが面接に行ってみると「すでに英国ケンブリッジ大学の人材を採用することが決まっているが、外国人科学者を採用する際の米国移民局のルールで、他の人の面接も行なう必要があった」という説明を受け、謝罪された。

普通の人なら腹を立てるか、あきらめるところだが、「私は負けず嫌いなので、可能な限り自分の長所をアピールし、彼らが私を断れないようにしたのです」と言う。大学院の専攻は物理学だったが、同時に電機も学んでおり、博士課程では化学も研究し、最終的には高分子物理学で学位を取得した。物理、電機、化学を学んだことで幅広い思考を持つに至ったことが彼の強みとなり、最終的に面接結果は逆転し、この仕事を手にすることができたのである。

UNIAXでの4年間は人生の転機となった。世界でもトップクラスの各種分野の人材とともに働くことができたのである。UNIAXの社長であるアラン‧ヒーガーは2000年にノーベル化学賞を受賞した。ここで実力をつけた楊陽は、1997年にUCLAの材料科学‧工学科で教鞭を執ることとなったが、ここで再び選択を迫られる。一つは終身雇用の准教授となることだが、これは文書手続に10ヶ月以上かかる。もう一つは終身雇用ではないが、すぐに働ける助教である。科学研究は競争が激しく、当時はまさに有機ELが大きく注目されている時期だったため、研究に情熱を持つ楊陽は職位にこだわるより時機を重視し、助教として研究に取り組むことにした。

それからの一年、楊陽は学生を率いて有機ELの研究に没頭した。そして特殊なインクジェットプリンターを使って高分子の有機材料を吹き付ける方法に成功したのである。これはこの分野での初めての試みだった。現在の業界ではこのインクジェット法によって有機ELディスプレーが製作されている。この研究成果は著名な「サイエンス」誌でも報道され、楊陽の研究室は空軍や米国国立科学財団（National Science Foundation，NSF）から資金援助を受けることとなり、楊陽自身はNSFのキャリア‧アワードを受賞した。UCLAで教職を得た当初は、准教授となる機会を逃したと笑われたが、彼は自身の力で1998年に終身雇用の准教授候補となり、2002年には教授に昇格し、競争の激しい米国の科学界で安定した地位を獲得したのである。

数十年にわたる研究において、楊陽は幾度も壁を突破する成果を出し、世界で最も影響力のある科学者と称えられている。

学生に創意を発揮させる

楊陽は大学教員となって20年になる。かつてUCLAでその教えを受け、今は台湾の成功大学光電学科と工学科の教授である郭宗枋は、流行に流されず、常に新しい局面を開こうとする楊陽のスタイルが印象に残っているという。楊陽は学生のアイディアを重視し、奇想天外な発想を奨励する。例えば学生がコーヒーを飲んでいた時、コーヒーの沸点は摂氏300度で太陽電池の動作温度より高いため、太陽電池材料の安定性を高められるかも知れないと思いついた。楊陽はこの学生のアイディアを採用し、研究チームはカフェインを含んだ化学溶液を導電ガラスに塗布してペロブスカイト太陽電池を作った。それを2ヶ月にわたって加熱台に置いてテストしたところ、カフェインを含む太陽電池は初期の変換効率の86％を維持したが、カフェインを含まない方は60％にとどまった。これにより、カフェインは確かにペロブスカイト太陽電池材料の安定性を高められることがわかったのである。

その原因を探求すると、カフェインの分子と太陽電池の中のイオンが強く結びつき、電池の結晶構造を安定させることがわかった。研究はここで終わりではなかった。チームはさらに茶の成分のテオフィリンや、カカオの成分のテオブロミンなどの化学分子に、相似する作用がないか試験を行なった。「朝鮮人参も試してみたいですね」と楊陽は笑う。現在市場の主流はシリコン太陽電池だが、ペロブスカイト太陽電池は原価が安く、溶液塗布の製造工程も比較的簡単で、曲げることや色を付けることも可能などメリットが多いが、寿命が短いという問題が克服できていない。そのため、学界や業界ではペロブスカイト太陽電池の安定性を高めること力を注いでおり、楊陽の研究チームの成果は、新しい太陽電池の商業化に向けて大きな一歩となった。

「学生を人材として、彼らの潜在能力を引き出す教育をすれば、彼らは千里の馬となる可能性があります。逆に学生を労働力として使うだけなら、彼らは労働者となってしまうでしょう」と楊陽は言う。彼は忍耐強く学生が興味を持つ研究方向へと導き、自由にテーマを選ばせることで、長い研究の道を歩めるようにしている。楊陽の研究室で育った人材は、世界中の大学や国際企業で活躍している。

数十年にわたる研究生活で、イギリスの王立化学会やアメリカ材料学会の会員となり、数々の賞も受けてきた。成功大学で教鞭を執る郭宗枋も、楊陽から学んだ好奇心や情熱といった研究の精神を今も活かしていると語る。楊陽は光電という領域の無限の可能性を開き、自ら手本を示すことで、世界で影響力を発揮できる科学者を育てているのである。