屋内用の太陽電池 (Welcome indoors, solar cells)

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2019/9/16 スウェーデン王国リンショーピング大学

・ リンショーピング大学と中国科学院化学研究所が、屋内の環境光を電力に変換する有機太陽電池を開発。
・ IoT の普及に伴い、公共の場所や家庭では、湿度や温度等の様々なパラメータを検出・測定する膨大な数のセンサーがオンライン上に配置される。これらのセンサーで使用する高額な電池の頻繁な交換を回避するために、小型で安価な再生可能エネルギー源利用への需要が急速に高まっている。
・ 安価に製造できるフレキシブルな有機太陽電池は、プリンティングプロセスによる大面積製造に適することに加え、その光吸収層がドナー材料とアクセプター材料から構成されるため、様々な太陽光スペクトルに合わせた太陽電池の最適化の調整の自由度が高い。
・ 今回、有機太陽電池の光活性層用の両材料の組成の特定に成功。この新しい組合せでは、居間や図書館、スーパーマーケット等の照明の波長を吸収する。1 ㎠と 4 ㎠の 2 種類の有機太陽電池を作製し、前者を 1000 ルクスの環境光下で試験したところ、最大で 26.1%の光がエネルギーに変換されたことを確認。また、200~1000 ルクスの環境光下で、1000 時間超にわたり 1V 超の高電圧が得られた。後者の大きな太陽電池では、23%のエネルギー変換効率を維持した。
・ 環境光でのアプリケーションに向けた効率向上の余地は残るが、日常生活で IoT に電力を供給する有機太陽電池として大いに期待できるものと考える。リンショーピング大学の Biomolecular and Organic Elecronics 研究チームのスピンオフ企業が、屋内用太陽電池の商業化を進めている。
URL: https://liu.se/en/news-item/solcellerna-flyttar-inomhus

(関連情報)
Nature Energy 掲載論文(アブストラクトのみ;全文は有料)
Wide-gap non-fullerene acceptor enabling high-performance organic photovoltaic cells for indoor applications
URL: https://www.nature.com/articles/s41560-019-0448-5

<NEDO海外技術情報より>

Abstract

Organic photovoltaic cells are potential candidates to drive low power consumption off-grid electronics for indoor applications. However, their power conversion efficiency is still limited by relatively large losses in the open-circuit voltage and a non-optimal absorption spectrum for indoor illumination. Here, we carefully designed a non-fullerene acceptor named IO-4Cl and blend it with a polymer donor named PBDB-TF to obtain a photoactive layer whose absorption spectrum matches that of indoor light sources. The photovoltaic characterizations reveal a low energy loss below 0.60 eV. As a result, the organic photovoltaic cell (1 cm2) shows a power conversion efficiency of 26.1% with an open-circuit voltage of 1.10 V under a light-emitting diode illumination of 1,000 lux (2,700 K). We also fabricated a large-area cell (4 cm2) through the blade-coating method. Our cell shows an excellent stability, maintaining its initial photovoltaic performance under continuous illumination of the indoor light source for 1,000 hours.