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－

理化学研究所（理研）創発物性科学研究センター（CEMS）創発ソフトシステム研究チームの福田憲二郎研究員（染谷薄膜素子研究室研究員、科学技術振興機構(JST)さきがけ研究者）、染谷隆夫チームリーダー（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）らの共同研究グループは、洗濯も可能な伸縮性と耐水性を持つ、超薄型有機太陽電池の開発に成功しました。
衣服に貼り付けることができる太陽電池は、生体継続モニタリングに向けたウェアラブルセンサーなどを駆動するための電源として重要な役割を果たします。このような太陽電池の実現には①高い環境安定性、②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）、③機械的柔軟性、の三つの要素を同時に満たす必要があります。しかし、従来の有機太陽電池ではこれらを同時に満たすことは困難でした。
今回、共同研究チームは、超柔軟で極薄の有機太陽電池を作製し、大気中・水中の保管でも劣化なく動作させることに成功しました。この超柔軟な有機太陽電池は、厚さわずか１マイクロメートル（1μm、1,000分の1mm）の基板フィルムと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。このように超薄型でありながら、高いエネルギー変換効率と同時に高い耐水性を両立させることに成功しました。開発の決め手となったのは、高い環境安定性と高いエネルギー変換効率を両立した有機半導体ポリマーを極薄の高分子基板上に形成する技術です。さらに、超薄型有機太陽電池をあらかじめ引張させたゴムによって双方向から挟むことで、伸縮性を保持しながら耐水性が劇的に向上する封止を実現しました。120分間の水中浸漬でもエネルギー変換効率の低下は5％程度であり、また水滴をデバイス上へ滴下・一定時間保持しつつ約50％の伸縮を繰り返し行った際にも、エネルギー変換効率は初期の80％を保ちました。
本成果は、ウェアラブルデバイスやe-テキスタイルに向けた長期安定電源応用の未来に大きく貢献すると期待できます。
本研究は、英国の科学雑誌『Nature Energy』（9月18日付け：日本時間9月19日）に掲載されます。
なお、本研究はJST戦略的創造研究推進事業個人型研究（さきがけ）「素材・デバイス・システム融合による革新的ナノエレクトロニクスの創成」（研究総括：桜井貴康）の研究課題「ナノ膜厚ポリマー絶縁膜を利用した全印刷型基板レス有機集積回路の創成」（研究者：福田憲二郎）の一環として行われました。

プレスリリース本文：PDFリンク

Nature Energy：https://www.nature.com/articles/s41560-017-0001-3

理化学研究所：http://www.riken.jp/pr/press/2017/20170919_2/