研究開発された技術紹介

軽量・フレキシブルかつ通気性を有する布帛型太陽電池の実用化開発を行う。この布帛型太陽電池は衣服型ウェアラブルデバイスの電源として活用が期待できるものである。布帛型太陽電池製造における基本技術は申請者が既に保有しており、今回の開発では材料の改良および製造工程の機械化・自動化によって生産性を高め低コスト化を実現し、実用化に結びつける。

・金属繊維表面のラフネス制御:繊維型太陽電池心材用の専用生産設備を導入し、繊維型太陽電池の不良原因となる表面凹凸を低減させた心材製造が可能となった。
・繊維型太陽電池作製プロセス開発:繊維型太陽電池の作製工程を機械化し、バッチ式ではあるが事業開始前と比較して5倍まで生産能力を向上させることに成功。機械化により作業者の習熟度が性能に及ぼす影響を低減させることにも繋がった。また、作製環境条件を改善し良品割合90%超を確認した。太陽電池出力向上について、ナノファイバー構造を活性層内部に導入することで正孔移動度を従来構成比4倍まで上昇させることができ、短絡電流密度の向上を確認した。
・布帛型太陽電池製織プロセス開発:布帛型太陽電池用の専用織機を開発し、従来比8倍まで製織能力を向上させることに成功した。また、布帛型太陽電池の織り組織を改良し、布帛製織と同時に結線を行える組織を見出した。結果として、目標として設定した生産能力を達成できた。

論文発表1件
著者: Kazuyoshi Sugino et al. 、論文名: Development of Fiber and Textile-shaped Organic Solar Cells for Smart Textiles

繊維および布地特有のフレキシブル性を活かして、衣服型ウェアラブルデバイスに違和感なく搭載可能。ウェアラブルデバイスに内蔵したセンサを駆動させるための電源として利用することができる。
繊維型太陽電池の織り込み密度や本数を変更することで、電池出力の調整が可能。

また、有機薄膜太陽電池を採用しているため軽量。フレキシブル性も有しているため、設置場所を選ばず使用可能。

本事業における研究開発成果である布帛型太陽電池を用いて、現段階でBLE方式の無線センサ端末の動作を行えることを確認している。また、試験運用ではあるがマイコンを動作させて小型液晶の表示切り替えを行うシステムの全電力を賄うことにも成功している。

繊維および布地特有のフレキシブル性を活かして、衣服型ウェアラブルデバイスに違和感なく搭載可能。ウェアラブルデバイスに内蔵したセンサを駆動させるための電源として利用することができる。
繊維型太陽電池の織り込み密度や本数を変更することで、電池出力の調整が可能。

また、有機薄膜太陽電池を採用しているため軽量。フレキシブル性も有しているため、設置場所を選ばず使用可能。

繊維型太陽電池1本で約80 μWの出力を得られ、
複数本を布の内部で接続した布帛型太陽電池は10 cm×5 cmサイズで無線端末の電源として利用可能。

実用化のための生産能力強化および繊維型太陽電池の経時劣化対策について、今後追加研究を進める。

事業化に関しては、布型の電源というユニーク性を活かした新規商材を目指す。最終商品の着想を得るためウェアラブルEXPO (2020年2月)に出展予定。

従来比で生産性を向上させることには成功したが、未だに市場流通可能なほどの生産能力を得られてはいない。また、有機薄膜太陽電池の欠点ともいえる長期耐久性についての解決にも至っていない。以上2点の技術課題を解決するため、今後も開発を実施していく。