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発表・掲載日:2008/05/21

意匠性と柔軟性に優れた有機薄膜を用いた観葉植物型太陽電池モジュールを試作

-G8環境大臣会合関連展示会に共同開発中の次世代太陽電池を出展-

ポイント

  • 有機薄膜太陽電池の鮮やかな緑色の色彩を生かし、観葉植物をイメージした葉っぱ型のモジュールを試作
  • プラスチック基板と封止膜の応用により、薄くてフレキシブルな大面積・高耐久性のモジュール作製に成功

概要

 独立行政法人産業技術総合研究所【理事長 吉川 弘之】(以下「産総研」という)太陽光発電研究センター【研究センター長 近藤 道雄】、三菱商事株式会社【代表取締役社長 小島 順彦】(以下「三菱商事」)及びトッキ株式会社【代表取締役社長 津上 晃寿】(以下「トッキ」)は次世代型太陽電池を試作しました。

 産総研、三菱商事、トッキの3者は、共同研究において産総研がデバイス構造の研究を、トッキが製造装置のコア技術の開発ならびにモジュールの製作を行い、三菱商事が研究開発に関する投資とマーケティングを担当することにより、薄くてフレキシブルな大面積・高耐久性有機薄膜太陽電池モジュールの早期の商品化・市場投入を目指しています。

 この試作品は、G8環境大臣会合関連の展示会である“環境フェア in KOBE”(5月23日~26日、神戸市立体育館)に出展されます。

写真

8個の太陽電池セルからなる葉っぱ型の太陽電池モジュール


開発の社会的背景

 クリーンで無尽蔵ともいえる太陽エネルギーの利用は地球温暖化を防止するためにも極めて重要ですが、現在普及しているシリコン系太陽電池の発電コストは依然高く、低コスト化が不可欠です。このため、製造プロセスの大幅な低コスト化が期待できる有機薄膜太陽電池は、その候補の一つとされています(図1)。これまで有機薄膜太陽電池は長く研究されてきましたが、近年、サッカーボール型の分子構造を持つフラーレン(C60が優れたn型半導体特性を示すことが明らかになり、この新材料を適用することによりブレークスルーが起こりました(図2)。その後、産総研などの研究機関が新たな材料・デバイス構造を開発して発電効率を向上させるなど、実用化への期待が高まっています。

図1

図1 有機薄膜太陽電池フィルム


図2

図2 有機薄膜太陽電池に用いられる半導体材料

研究の経緯

 産総研は、太陽電池の発電コストを既存電力並みに低減する革新的な材料やデバイスを開発しています。従来より有機薄膜太陽電池のデバイス構造最適化による高効率化に取り組んでおり、有機薄膜太陽電池の基本構造であるp-n接合の間に、共蒸着で形成したバルクへテロ層(i層)を導入することにより、フタロシアニン-フラーレン系で世界最高レベルの変換効率を達成する研究成果を上げてきました。

 一方、三菱商事は、エネルギー、金属、機械、化学品、生活物資等多種多様な商品の国内・輸出・輸入および外国取引、情報、金融、物流その他各種サービスの提供、国内外における事業投資等をおこなってきました。

 また、トッキは、世界有数の真空蒸着装置メーカーであり、近年では高度な真空薄膜形成技術をエネルギー分野に展開しております。平成18年12月には、すでに市場で高い評価を得ている有機ELディスプレイ製造装置を応用し、成膜から封止までを一貫して行うことができる有機薄膜太陽電池製造装置を開発しました。

 このたび3者は、お互いの経験と成果を持って共同研究をおこなうことになり、産総研がデバイス構造の研究を、トッキが製造装置のコア技術の開発ならびにモジュールの製作を行い、三菱商事が研究開発に関する投資とマーケティングを担当することになりました。3者の相乗効果により、薄くてフレキシブルな大面積・高耐久性有機薄膜太陽電池モジュールの早期の商品化・市場投入を目指します。

研究の内容

 今回、私ども3者はG8環境大臣会合関連展示会のために、有機薄膜太陽電池の鮮やかな緑色の色彩を生かし、観葉植物をイメージした葉っぱ型の有機薄膜太陽電池モジュールを試作しました(図3)。葉っぱ一枚に約7.5cm2の太陽電池セルが8個直列に接続されており、約60cm2の大面積の太陽電池モジュールになっています。このモジュールを極薄膜の保護膜により封止し、劣化の原因となる水・酸素の侵入を防ぎ耐久性を向上させました。プラスチック基板、ナノメートルオーダーのフタロシアニン層とフラーレン層を積層した有機薄膜太陽電池、封止膜の採用によりフレキシブル・カラフル・軽量という画期的な太陽電池モジュールになりました(図4)。これを契機に、デザイン性を重視する新たな分野への浸透につなげていき、持続可能な新エネルギーの普及に貢献していきたいと考えています。

 なお、今回の展示品には、フロンティアカーボン社(三菱商事関連会社 本社所在地:福岡県、代表取締役社長:有川 峯幸氏)が供給するフラーレンを用いています。

図3

図3 観葉植物をイメージした葉っぱ型のモジュール


図4

図4 有機薄膜太陽電池の構造

今後の予定

 有機薄膜太陽電池は、従来のシリコン系太陽電池と違い軽くて柔らかいといった特徴のほか、鮮やかな色彩を持たせることができ、従来のシリコン系太陽電池では難しいデザインが重視される用途、すなわち壁や窓向けの建材、衣料・生活用品、レジャー・アウトドア用品、玩具といった分野への普及を見込んでいます。

問い合わせ

(研究担当者)
独立行政法人 産業技術総合研究所
太陽光発電研究センター 産業化戦略チーム
研究チーム長 増田 淳
E-mail:増田連絡先

独立行政法人 産業技術総合研究所
太陽光発電研究センター 有機薄膜チーム
研究員 當摩 哲也
E-mail:當摩連絡先


用語の説明

モジュール
複数の太陽電池セルを集めて直並列接続し、大面積・集積化したもの。[参照元に戻る]
◆有機薄膜太陽電池
有機半導体を材料としてつくられた太陽電池。低分子有機半導体の真空蒸着や高分子有機半導体のスピンコートにより作製される次世代の太陽電池である。膜厚は100nm程度と極薄膜であり、有機半導体は種類ごとに様々な色を持つカラフルな太陽電池であることを特徴とする。[参照元に戻る]
◆シリコン系太陽電池
シリコンを材料としてつくられた太陽電池。単結晶、多結晶、アモルファスの太陽電池が製品として売り出されている。[参照元に戻る]
◆フラーレン(C60)
炭素原子からなる籠状の分子。 n型半導体性能を示す有機半導体として広く研究が行われている。[参照元に戻る]
◆フタロシアニン
コピー機やレーザープリンター用の有機感光体としてすでに広く実用化している、代表的なp型有機半導体分子。耐久性の高い色素として、新幹線の塗装にも使用されている。中心金属の異なる様々な誘導体がある。[参照元に戻る]



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