Research Abstract

洗濯可能なe-テキスタイル用途のための伸縮性と耐水性があるエラストマー被覆有機太陽電池

Stretchable and waterproof elastomer-coated organic photovoltaics for washable electronic textile applications

2017年9月18日 Nature Energy 2 : 780 doi: 10.1038/s41560-017-0001-3 (2017)
洗濯可能なe-テキスタイル用途のための伸縮性と耐水性があるエラストマー被覆有機太陽電池
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テキスタイルに適用できる太陽光発電素子は、ウェアラブルデバイスの継続的な電源として重要な役割を担っている。他の種類の環境発電素子とは対照的に、こうした素子は、衣服そのものを太陽光発電素子のプラットフォームとして利用することによって、ウェアラブルデバイス用の十分な(ミリワットオーダーの)電力を得ることができる。テキスタイルに適用できる太陽光発電装置では、環境安定性、高いエネルギー効率、機械的堅牢性】)という3つの特徴が重要である。しかし、極めて薄いスーパーストレートとサブストレートはガスバリア性が低いため、これらを同時に実現することは依然として困難である。本論文では、7.9%という高い効率を保ちつつ、伸縮性と水中での安定性を同時に実現する、両面をエラストマーで被覆した極めて柔軟な有機太陽電池について報告する。両面を被覆したデバイスの効率は、120分間の水中浸漬後に5.4%しか低下しなかった。さらに、100分間水にさらしながら52%の機械的圧縮を20回行った後でも、デバイスの効率は初期値の80%に保たれていた。

Hiroaki Jinno, Kenjiro Fukuda, Xiaomin Xu, Sungjun Park, Yasuhito Suzuki, Mari Koizumi, Tomoyuki Yokota, Itaru Osaka, Kazuo Takimiya and Takao Someya

Corresponding Authors

福田 憲二郎
理化学研究所 創発物性科学研究センター

染谷 隆夫
理化学研究所 創発物性科学研究センター

Textile-compatible photovoltaics play a crucial role as a continuous source of energy in wearable devices. In contrast to other types of energy harvester, they can harvest sufficient electricity (on the order of milliwatts) for wearable devices by utilizing the cloth itself as the platform for photovoltaics. Three features are important for textile-compatible photovoltaics, namely environmental stability, sufficient energy efficiency and mechanical robustness. However, achieving these simultaneously remains difficult because of the low gas barrier properties of ultrathin superstrates and substrates. Here, we report on ultraflexible organic photovoltaics coated on both sides with elastomer that simultaneously realize stretchability and stability in water whilst maintaining a high efficiency of 7.9%. The efficiency of double-side-coated devices decreases only by 5.4% after immersion in water for 120 min. Furthermore, the efficiency of the devices remains at 80% of the initial value even after 52% mechanical compression for 20 cycles with 100 min of water exposure.

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