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大阪大学、太陽光で発電する紙を開発、軽くて折りたたみ可能

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大阪大学、太陽光で発電する紙を開発、軽くて折りたたみ可能

大阪大学産業科学研究所の研究グループは、太陽光で発電する紙を世界で初めて開発した。この紙は、木材パルプ繊維から作った透明な紙の上に、銀ナノワイヤ透明導電膜と有機太陽電池素子を搭載しており、世界最高の変換効率・軽くて折りたためる・低温プロセスという3つの特徴を有する。この紙を折りたたんで持ち歩けば、いつでも、どこでも太陽光で発電することができる。

透明な紙の製造方法は以下の通り。紙の原料である木材パルプの繊維を機械的にダウンサイズして通常の1,000分の1にあたる幅15nmのセルロースナノファイバーを作る。そのナノファイバー水懸濁液を乾燥すると、透明な紙ができる。セルロースナノファイバーを使っているため、処分も容易で環境への影響も小さい。透明な紙の上に幅100nmときわめて細い銀ナノワイヤを塗布すると、透明でありながら電気の流れる基盤が完成する。その性能は、ITO透明電導膜に匹敵する。

この透明な紙と透明な銀ナノワイヤ導電膜の開発と、それらのアセンブリ技術によって、この紙は光電変換効率3%を達成した。この値は、紙ベースの有機太陽電池としては世界最高値である、ガラス基板とITO(酸化インジウムスズ)透明電導膜を用いた従来の有機太陽電池と同等となっている。

また、この紙の太陽電池は、印刷技術で作るため50度以下の低温で製造できる。そのため、消費エネルギーが少なく設備規模も小さく製造できる。これまでの有機太陽電池の作製法は、製造時に300度以上の高い温度をかけなければならなかった。

さらに、今回、セルロースナノファイバーへ導電性材料を印刷して、電子回路やアンテナ配線を作成する技術も開発した。アンテナを印刷したペーパーアンテナは、既存のアンテナより高感度であるため、画像や動画といった大容量のデジタル情報を素早く送受信できる。これらの技術が完成すると、太陽光で充電しながら、情報を送受信する、軽くて折りたたみ可能な「ペーパースマートフォン」が実現できる。

現在の太陽電池は、光を取り込む透明なガラスに、透明電極や発電層を積み重ねて作製されるため、重くて割れやすいという欠点がある。さらに、セ氏300~500度という非常に高い温度をかけながらガラス基板の上に製造するため、太陽電池を製造する際に膨大なエネルギーが必要である。

※一部「nm(ナノメートル)」ではなく「mm(ミリメートル)」と表記されていた箇所があったため、修正致しました。(2012/10/02)

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