(Thin-skinned solar panels printed with inkjet)
2020/8/26 サウジアラビア王国・アブドラ王立科学技術大学(KAUST）
・ KAUST が、有機薄膜太陽電池をインクジェットプリントで作製する技術を開発。
・ 屋内外で太陽光からエネルギーを捕獲する軽量の有機薄膜太陽電池として、医療用電子皮膚パッチ等の新しい電子デバイスの電源の実現が期待できる。多用途の超軽量プリンテッド太陽電池の新しい世代への足ががりになると考える。
・ ロボットスキン、飛行デバイスのセンサーや疾病を感知するバイオセンサーの開発が進んでいるが、共通する課題はエネルギー供給源。かさ張る電池や電力系統への接続に代わり、軽量の有機薄膜太陽電池が屋内外で太陽光からエネルギーを捕獲する。
・ 有機薄膜太陽電池は、一般的にスピンコーティングや熱蒸着による成膜で作製されるが、それらの方法ではスケーラビリティーや形状に制限がある。電極として使用する ITO(酸化インジウムスズ）は、脆くフレキシブル性に欠ける。
・ ITO の代わりに透過性でフレキシブルな導電性ポリマーの PEDOT:PSS（ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフォン）ポリスチレンスルホン酸）を採用。この電極層で光を捕獲する有機 PV 材料を挟み、フレキシブルで防水性、生体適合性の保護コーティングのパリレンで封入した。
・ インクジェットプリンティングは、スケールアップが可能な低コストの製造手段であるが、機能性インクの開発が主要な課題であった。微小なノズルから超微細な液滴を吐出させるには、カートリッジとインク内の分子間力への対処が必要。また、インク乾燥工程が薄膜の品質を左右するため、プリント後に溶剤も重要な役割を担う。
・ インク組成を太陽電池の各層に最適化し、ガラス基板に太陽電池をプリントして性能を調査した結果、過去の 4.1%を上回るエネルギー変換効率（PCE)4.73%を確認。フレキシブルな超薄膜基板にプリントしたものでは 3.6%を達成した。
URL: https://discovery.kaust.edu.sa/en/article/1016/thin-skinned-solar-panels-printed-withinkjet
＜NEDO海外技術情報より＞
（関連情報)
Advanced Technologies Materials 掲載論文(アブストラクトのみ：全文は有料）
Fully Inkjet‐Printed, Ultrathin and Conformable Organic Photovoltaics as Power Source Based on
Cross‐Linked PEDOT:PSS Electrodes
URL: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/admt.202000226
Abstract
Ultra‐lightweight solar cells have attracted enormous attention due to their ultra‐conformability, flexibility, and compatibility with applications including electronic skin or miniaturized electronics for biological applications. With the latest advancements in printing technologies, printing ultrathin electronics is becoming now a reality. This work offers an easy path to fabricate indium tin oxide (ITO)‐free ultra‐lightweight organic solar cells through inkjet‐printing while preserving high efficiencies. A method consisting of the modification of a poly(3,4‐ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS) ink with a methoxysilane‐based cross‐linker (3‐glycidyloxypropyl)trimethoxysilane (GOPS)) is presented to chemically modify the structure of the electrode layer. Combined with plasma and solvent post‐treatments, this approach prevents shunts and ensures precise patterning of solar cells. By using poly(3‐hexylthiophene) along rhodanine‐benzothiadiazole‐coupled indacenodithiophene (P3HT:O‐IDTBR), the power conversion efficiency (PCE) of the fully printed solar cells is boosted up to 4.73% and fill factors approaching 65%. All inkjet‐printed ultrathin solar cells on a 1.7 µm thick biocompatible parylene substrate are fabricated with PCE reaching up to 3.6% and high power‐per‐weight values of 6.3 W g−1. After encapsulation, the cells retain their performance after being exposed for 6 h to aqueous environments such as water, seawater, or phosphate buffered saline, paving the way for their integration in more complex circuits for biological systems.
