広報活動

Print

2017年9月19日

理化学研究所
東京大学
科学技術振興機構

洗濯可能な超薄型有機太陽電池

-衣服貼り付け型の電源としての応用に期待-

衣服上に貼り付けた超薄型有機太陽電池の洗濯写真の図

図 衣服上に貼り付けた超薄型有機太陽電池の洗濯写真
厚さ3μmの超薄型有機太陽電池素子を貼り付けた白いワイシャツ(綿100%)を洗剤に漬けて洗っている様子。

身に付けることができるウェラブルセンサーは、生体情報の継続的なモニタリングを可能にします。例えば、血圧・体温・心拍数・心電波形などを継続的に測定できれば、風邪や脳梗塞、心筋梗塞などの早期発見につながると考えられます。

そのようなウェアラブルセンサーでは、衣服に貼り付け可能な環境エネルギー電源、すなわち太陽電池の開発が重要となってきます。これは、衣服上へ電源を貼り付けることで十分な面積を確保でき、大きな電力を環境から取り出すことができるからです。このような太陽電池の実現には、高いエネルギー変換効率(太陽光エネルギーを電力に変換する効率)、機械的柔軟性、耐水性の三つの要素を同時に満たす必要があります。

今回、理研を中心とする共同研究チームは、厚さ3マイクロメートル(μm、1,000分の3mm)という超薄型の有機太陽電池の作製に成功しました。これは、厚さ1μmの基板フィルムおよび封止膜を利用しており、曲げたりつぶしたりしても動作します。また、衣服に貼り付けることができ、洗濯もできます(図参照)。エネルギー交換効率は従来の4.2%の2倍近い7.9%を達成、さらに2時間水に浸してもエネルギー交換効率は5%程度しか低下しませんでした。開発の決め手となったのは、2012年に理研の研究グループが開発した有機半導体ポリマー「PNTz4T」を用いて、環境安定性に優れた逆型構造の有機太陽電池を超薄型基板上に作製できたことです。さらに、この超薄型有機太陽電池をあらかじめ引張させたゴムでサンドイッチすることで、伸縮性を保ちながら耐水性が大きく向上する封止を実現しました。

センサーやマイクロチップなど、電子機器を衣服や布地(テキスタイル)に埋め込み、情報収集や遠隔管理などの機能を備えた素材を「e-テキスタイル」あるいは「スマートテキスタイル」といいます。本成果は今後、このような素材を利用したウェラブル端末に向けた長期安定電源として大きく貢献するものと期待できます。

理化学研究所
創発物性科学研究センター 超分子機能化学部門 創発ソフトシステム研究チーム
研究員 福田 憲二郎 (ふくだ けんじろう)
(染谷薄膜素子研究室研究員、JSTさきがけ研究者)
チームリーダー 染谷 隆夫 (そめや たかお)
(染谷薄膜素子研究室主任研究員、東京大学大学院工学系研究科教授)