ウェアラブルデバイスで便利な世の中に。
超薄型有機太陽電池
理化学研究所の開拓研究本部染谷薄膜素子研究室および、創発物性科学研究センター創発機能高分子研究チームらの研究グループが、変換効率が高く長期保管でも安定する「超薄型有機太陽電池」の開発に成功した、と発表した。
理化学研究所の発表なので、実際の用途として商品化されるまでにはまだまだ時間が必要ではあるが、まず実現する事が重要であり、こうした発表があったという事は、今後登場する可能性が出てくる事を意味する。
有機太陽電池は、有機半導体を光電変換層として用いた太陽電池の事で、塗布プロセスでの量産ができるだけでなく、従来のシリコン型太陽電池に比べて安価に製造でき、また極めて薄い有機半導体薄膜で形作られるため、柔軟性や軽量性に優れ、ウェアラブルセンサーを長時間安定して駆動する電源などに使用される事が期待されている。
基板を含めた全体の厚さを数μmまで薄型化した超薄型有機太陽電池は、衣服や皮膚に直接貼り付けても違和感なく使用出来るという特徴がある。
しかしながら、超薄型有機太陽電池は基板や封止膜にとても薄い高分子フィルムを使用するため、十分なガスバリア性を確保する事が難しく、安定駆動させるための発電層や電荷注入層の境界面を制御する手法が存在しなかった。この事でエネルギー変換効率と長期保管安定性の両立が不十分で、この事が課題とされていた。
今回の発表では、バルクヘテロ接合構造の素子を新たに作成して高エネルギー変換効率と熱安定性を併せ持つように改良、さらに発電層と正孔輸送層の境界面における電荷輸送効率向上の為に素子に対してポストアニールという加熱処理を施し、13％の高変換効率と大気中保管3,000時間で劣化5％以下という長期保管安定性を両立させた。それでいて厚さが3μmという超薄型有機太陽電池だというからスゴイとしか言いようがない。
変換効率1.2倍
今回、開発された超薄型有機太陽電池は、過去のものと比較してエネルギー変換効率が約1.2倍、長期保管安定性は15倍に改善されているという。
この成果により、超薄型有機太陽電池を長期間安定して大電力を供給できるようになり、今後の衣服等に貼り付けて使用する機器(その多くはセンサーだと考えられる)など、ウェアラブルデバイスへの電源利用に使われる事が期待できる。
さらにいえば、このフィルム基板内にBluetooth等の通信デバイスを組み込む事ができれば、スマホ等と連動させる事でヘルスケア分野での応用はいくらでも考えられるようになる。
さらにヘルスケア分野だけではなく、こうした安定電源が身に付けられるようになると、今度は供給する電力量の改良が進むと考えられる為、IoT、つまり情報デバイスへの応用へと繋がっていく。
場合によってはARグラスやMRグラス、それに代わるものへの電力供給が、この超薄型有機太陽電池で賄えるようになり、完全に身に付けるITデバイスへの道が開く事になる。
まさに夢のような未来生活が待っている…かもしれない。
まずは第一歩という研究発表だが、こうした研究が発表され、実際に使用されていくことでその次のステップへと進むことができる。
何ものも実際に使用して次はどうするか？ という課題が見えてきてはじめて進化する。
そういう意味では、今回の発表は実に有意義なものではなかろうか？
身に纏う電子デバイス。夢ではあるが、もう遠い現実という距離感ではなくなってきたのではないだろうか？
理化学研究所 ニュースリリース
https://www.riken.jp/press/2020/20200310_1/
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