Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
ファイバ一形状のデバイスは、大規模エレクトロニクス、センシング、熱電発電、そして照明での使用に魅力的である。ファイバ一の大きさと繊維技術の組み合わせにより、ファイバ一ベースの太陽電池は、費用対効果の高く拡張性のあるエネルギーハーベストとなり得る。ファイバ一形状を利用することで、平面型の太陽電池に無い利点を得ることができる。ファイバ一化により、軽量化、小型化や、ファイバ一径を小さくしていくと、その比表面積を飛躍的に増大させることができる等の利点がある。また、ファイバ一と繊維技術の組み合わせにより「編む」といったこれまでの太陽電池にはなかった概念も発現させることができると期待される。そのため、ファイバ一形状を利用した太陽電池の作製を目指した。また繊維型太陽電池を想定した場合、芯線に同心円状に被覆を繰り返す場合には、繊維形成後に布状への加工が必要となる。本サブテーマでは感光層自体を繊維状の不織布で構成することで、布への加工を不要とし、感光層自体が基板となり、また容易に大面積化出来ると考えた。この方法としてエレクトロスピニングを選択した。エレクトロスピニングでは線径が1マイクロメートル以下のナノファイバーが形成可能であり、表面積が著しく増大する。この表面積の増大は太陽光発電を想定した場合には非常に有利には作用することが考えられる。これで得られた感光層ナノファイバー用いた太陽光発電を初めて行った。

平面型の有機薄膜太陽電池に利用されている材料の中で、繊維形態の太陽電池にすることで利用できないものがあり、その代替材料を探索する必要がある。金沢大学では、探索した代替となり得る材料を用いて繊維型太陽電池の構造設計を行い、サブテーマに沿って以下の具体的な研究を行った。

繊維型太陽電池の重要な構成材料として、高い機械的強度を有し低抵抗な芯線材料が必須である。求められる性能としては、太陽光発電の効率を阻害しないために低抵抗であり、かつ繊維で形成される太陽光発電デバイスの優位性を確保するためにフレキシブル性に優れ、また繰り返し畳んだり広げたりする使用に耐えられるだけの機械的強度に富んだ電極繊維である必要があると考えられた。これを芯線とし同軸上の電子輸送層、感光層、ホール輸送層、透明電極を形成し繊維型太陽電池が作製される。また太陽電池が形成された繊維は布状に加工される事で大面積化を目指す。カーボンナノチューブは炭素SP2混成軌道により構成され化学的に安定であり、機械的にもアルミニウムの半分の質量で、鋼鉄の20倍の強度をもちやング率は1TPa、また引張強度は10GPaと言われており用途の仕様を満足する物性を有している。また熱伝導度はダイヤモンドを超える高い値6000W/m・Kであり、デバイスが高熱になり変換効率が劣化する問題が生じた際にヒートシンクとして優れた冷却パスと成り得る。以上のカーボンナノチューブの物性から、中心電極の形成材料として我々はカーボンナノチューブを選択した。新たに超成長法としてChloride Mediated Chemical Vapor Deposition(CVD)法を開発し、紡績可能なカーボンナノファイバーの作製に成功した。ファイバー形成の最適化を目指すため、引き抜きいた後に繊維に加工していたプロセスを改良し引き抜きながら高速回転を加えスピンドルカーボンナノファイバーの形成を行った。

本研究開発は、プロジェクト終了時点（平成24年度末）において、エネルギー変換効率5%以上のフィルム有機薄膜太陽電池を開発することであり、最終目標である効率5%を見通せる技術の確立および素子の性能向上を目的としている。

一般的な繊維の引張試験に使用される巻き付けチャックのテストと直径 $ 10\mu m $ の炭素繊維1本の引張試験方法のテストを行い、繊維の力学測定評価の手法を確立した。最終的には繊維型太陽電池が、画期的なCNT繊維を芯線とすることになったため、このCNT繊維太陽電池の力学特性を
評価した。CNT繊維は金属並みの導電性を有し、機械的強度、フレキシビリティ、軽量性、耐薬品性の面で他の導電性繊維よりも非常に優れた素材である。このCNT繊維を芯線電極材料として使用し、発電可能な繊維型太陽電池素子が作製できれば実用化に向けて大きな進展となる。

本サブテーマは以下の３つのサブサブテーマで構成されている。

（１）繊維型太陽電池プロセス開発

1）芯線プロセス開発

2）発電層プロセス開発

（２）繊維化太陽電池の力学物性・光学物性・電気特性評価

1）芯線特性

2）発電層特性

3）力学特性

（3）繊維型太陽電池作製試作

## 2 ．研究開発目的

## （１）繊維型太陽電池プロセス開発

## 1 ）芯線プロセス開発

P3HTをナノファイバー化し、感光層として利用する太陽電池を作製しその電気特性について評価を行う事を目標とする。

## 2 ）発電層プロセス開発

繊維型太陽電池プロセス開発のベース技術として、大気中低温プロセスで作製できる有機薄膜太陽電池の開発を行う。この目的のために、新規ゾルゲル酸化亜鉛膜を開発し、有機薄膜太陽電池の電子捕集層への応用を試る。

## （２）繊維化太陽電池の力学物性・光学物性・電気特性評価

## 1 ）芯線特性

サブテーマ（2）で示した試作ファイバーと比較し、より強固な線径の細い太陽電池の芯線材料を形成する事を目的としている。

## 2 ）発電層特性

高耐久性を有する繊維型太陽電池を開発するためには、化学的に安定な電極部材から構成された逆構造を採用することが望ましい。そのためには、図(6)-1に示されるように、構成部材として、励起光がなくても機能する電子捕集層と、光を十分透過する正孔捕集層の開発が必要である。本研究ではその基礎技術として、平板型素子を用いて、(a)電子捕集層のUV光が素子性

図(6)-1 逆構造繊維型有機太陽電池の概略図と部材要件
能に及ぼす影響、(b)両面受光型素子による裏面入射時における光電変換特性について評価する。

## 3 ）力学特性

CNT繊維太陽電池の力学特性を評価する。

## （3） 繊維型太陽電池作製試作

繊維型太陽電池を作製し、実用化へ向けた基盤技術の確立を目的とする。

## 3 ．研究開発方法

## （１）繊維型太陽電池プロセス開発

## 1 ）芯線プロセス開発

感光層であるP3HTにPCBMを添加すると光電流の著しい増大がある事は広く知られている。まずPCBMの最適な添加量を求め、且つナノファイバー化する際に妨げにならない条件についても検討を行った。感光層の混合比が決定した所で実際にナノファイバーを形成する。ナノファイバーはパターン形成されたITO付きガラス上にPEDOT:PSSを塗布しその上に形成する。最後にシャドーマスクを用いAIを電極として蒸着しデバイスの完成となる。

有機太陽電池のI-V特性測定のための装置には、窒素雰囲気中でハロゲンランプ

(HOYASCHOTT製、Megalight50、ランプ型式：JCR12V 50W 20H、ランプの輝度：1.073 cd/m²)を光源として用いた。

## 2 ）発電層プロセス開発

従来法として、2-メトキシエタノールとエタノールアミン(MEA)の混合溶媒に酢酸亜鉛を溶解させた ZnO 前駆体溶液を基板上に滴下し、2000rpm で 30 秒間スピンコートした後、250℃で 1 時間加熱をすることで ZnO をガラス基板上に製膜した。また、新規開発した製膜プロセスとして、

表(6)-1 ゾルゲル酸化亜鉛製膜条件

Run	基板	亜鉛源	錯化剤	ZnO 加熱条件
1	ガラス	酢酸亜鉛	MEA	250°C, 1h
2	ガラス	亜鉛アセチルアセトナート	AA	250°C, 1h
3	PET	亜鉛アセチルアセトナート	AA	100°C, 1h

2-メトキシエタノールとアセチルアセトン(AA)の混合溶媒に亜鉛アセチルアセトナートを溶解させた新規ZnO前駆体溶液を基板上に滴下し、1000rpmで30秒間スピンコートした後、ガラス基板の場合には250℃で1時間加熱することで、PET基板の場合には100℃で1時間加熱することで、それぞれZnO薄膜を製膜した。本実験で実施した酸化亜鉛製膜条件を表(6)-1にまとめて示した。

図(6)-2 ITO/ZnO/PCBM:P3HT/PEDOT:PSS/Au型素子の構造
このように開発した ZnO 膜の上に PCBM:P3HT 発電層および PEDOT:PSS 正孔輸送層をスピンコート法で製膜し、裏面電極として Au を真空蒸着後、150℃及び70℃の加熱処理をして、図(6)-2の素子構造を持つ有機薄膜太陽電池を作製した。こうして得られた素子を AM1.5G(78mW/cm²) 擬似太陽光照射下、電流電圧曲線を測定することにより電池性能を評価した。また、ZnO 薄膜の表面形状は AFM を用いて評価した。

## （２）繊維化太陽電池の力学物性・光学物性・電気特性評価

## 1 ）芯線特性

新たにカーボンナノチューブ巻き取り機を開発した。図(6)-3にその概要を示めす。成長したカーボンナノファイバーを引き抜くと同時に高速回転を加え、スピンドルカーボンナノファイバーを形成する。更に機械的強度を増加させる為に行ったポストスピンドル処理について図(6)-4に示す。この様にして作製されたファイバーは図(6)-5の引張試験機により機械的強度を測定する。

図(6)-3 スピンドルカーボンナノチェーブファイバーの作製方法

図(6)-4 スピンドルカーボンナノチェーブファイバーのポストスピンドル処理

图6-5 引張試験機

## 2 ）発電層特性

2-メトキシエタノールとアセチルアセトン(AA)の混合溶媒に亜鉛アセチルアセトナートを溶解させた新規ZnO前駆体溶液をITOガラス基板上に滴下し、1000rpmで30秒間スピンコートした後に250℃で1時間加熱することで、電子捕集層であるZnO薄膜を製膜した。これらの電子捕集層の上に、有機発電層PCBM:P3HT膜はPCBMとP3HTを重量比4:5で共に溶解したo-ジクロロベンゼン溶液から、また正孔捕集層PEDOT:PSS膜はその水分散溶液から、それぞれスピンコート法により製膜した。ここまでの製膜操作は全て大気中で行った。最後に、裏面の正孔捕集電極としてAu電極
を、図(6)-6に示されるようにベタあるいはスリット状に真空蒸着を行い、

ITO/ZnO(60nm)/PCBM:P3HT(200nm)/PEDOT:PSS(100nm)/Au型素子（有効素子面積：1.0cm²）を作製した。こうして得られた素子をAM1.5G(100mW/cm²）擬似太陽光照射下、電流電圧曲線より電池性能を評価した。

图(6)-6 ITO/ZnO/PCBM:P3HT/PEDOT:PSS/Au 型素子の構造 (左) 片面受光型素子、(右) 两面受光型素子

## 3 ）力学特性

CNT繊維とCNT繊維を使用した繊維型太陽電池の引張試験を行った。今田製作所製引張圧縮試験機SV-100-Eを用いて、引張試験をおこなった。試料をそのまま平板型チャックでつかんで測定するか、試料をサンドペーパーではさみ、エポキシ接着剤にて接着したものを平板型チャックでつかんで測定した。引張速度は5mm/minである。

繊維の直径は、光学顕微鏡（オムロン製Dデジタルファインスコープ VC-7700）または走査型電子顕微鏡（日立製TM3000）を用いて測定した。破断後の形態観察は走査型電子顕微鏡（JEOL JSM-6060）を用い、そのまま（金のコーティングなし）で加速電圧5kVにて測定した。

## （3） 繊維型太陽電池作製試作

本研究で作製する繊維型太陽電池の芯線材料はCNT繊維(CNTfiber)である。CNT繊維はCNT一本一本が分子間力で結合した繊維であり、導電性が高く、軽くてフレキシビリティが高いことから繊維型太陽電池の電極材料として非常に期待できる。しかし一方で、CNT繊維は一本もののwireとは異なり、裁縫糸のように表面にはほつれや撚りによる凹凸が存在する。これは太陽電池構造を積層していくうえで、電極間ショートを引き起こす決定的な要因となり得る。そこでCNT繊維を使用した太陽電池作製に先立ち、CNT繊維表面の平滑化と形状を固定化する処理を行った。方法としては、溶液の含浸によるコーティングが挙げられるが、その場合CNT繊維自体の導電性を著しく低下させないものが必要となる。そこで、本実験では導電性高分子でCNT繊維をコーティングする方法を検討した。このときコーティングに使用する導電性高分子材料はPEDOT:PSSとした。次に素子の積層構造の選定をサブテーマ5の繊維形態デバイスに基づいて行った。このとき積層構造の選定評価はCNT繊維をITOで代用した平面基板型素子を用いて行った。素子作製は、CNT繊維芯線同軸型素子とCNT繊維シート型素子について行った。

### 4. 結果及び考察

## （１）繊維型太陽電池プロセス開発

## 1 ）芯線プロセス開発
図(6)-7 PCBMP3HT 混合比の光起電力における影響

P3HTにPCBMを添加する効果について評価を行った。溶媒としてトルエンを用いた。PCBM/P3Hの重量比をパラメータとした。素子はITO基板に溶液をスピンコート、アニールし、アルミニウムで挟んだ構造である。その時の光照射時のOVでの電流値を図(6)-7に示す。PCBM添加量を増加すると光起電力が増大することがわかる。その条件には最適値がありこの場合は26%であった。

ナノファイバー形成した感光層での発電を試みた。比較対象としてP3HTとPCBMを用いたバルクヘテロ接合型の素子を作成した。太陽電池作製時に用いたエレクトロスピニングの条件を表(6)-2にそれぞれ示す。またファイバーと作製した素子を図(6)-8に示す。素子部分の大きさは2×2mmである。

表6-2 溶液条件

濃度	P3HT:PCBM	P3HT:PCL	溶媒
スピンコート	1wt%	1:1	—	クロロホルム
ES	5wt%	10:2	70:30	クロロホルム

図(6)-8 作製したナノフマイバー太陽電池（右）、（左）バルクヘテロ型
## 電流電压特性

比較の為にスピンコート塗布で作製した有機薄膜太陽電池での電流電圧特性を測定した。 $ J_{max}=-1.02[mA] $ 、 $ V_{max}=0.27[V] $ 、 $ J_{sc}=-1.862[mA] $ 、 $ V_{oc}=0.51[V] $ であった。

次に、エレクトロスピニング用いて、光電変換層をファイバー形状にした素子特性の評価を行った。特性は、$\mathrm{J}_{\mathrm{max}}=-32.17[\mathrm{nA}]$、$\mathrm{V}_{\mathrm{max}}=0.19[\mathrm{V}]$、$\mathrm{J}_{\mathrm{sc}}=-73.34[\mathrm{nA}]$、$\mathrm{V}_{\mathrm{oc}}=0.38[\mathrm{V}]$であった。I-V特性

表(6)-3 スピンコート型とES型の特性

Jmax[A/cm2]	Vmax[V]	Jx[A/cm2]	Voc[V]	FF
スピンコート	-1.02 ×10-3	0.27	-1.862×10-3	0.51	0.29
ES	-32.17×10-9	0.19	-73.34×10-9	0.38	0.22

を図(6)-9と表(6)-3に示す。

この結果より、ナノファイバー太陽電池において光起電力は初めて確認された。しかし性能はバルクヘテロ型と比較し著しく低かった。これは、感光層の厚さ、高抵抗化など解決しなければならない問題が残されているためである。

## 2 ）発電層プロセス開発

各条件で製膜した ZnO を用いた素子の電池特性を、表(6)-4 に示す。一般的な手法である酢酸亜鉛と MEA を用いた ZnO 製膜法 1 でガラス ITO 基板上に製膜した場合、作製した素子は 2.90% の PCE を示し、また再現性はとても良好であった。新規作製法 2 の ZnO を用いた素子では $ J_{sc} $ および FF が向上し、3.29% の PCE が得られ(図(6)-10(黒線))、また再現性も非常に良かった。これは錯化剤に MEA より低沸点の AA を用いたことにより、乾燥製膜速度が速くなり、より電子捕集層として適した ZnO 膜が出来ていることが示唆された。XRD による ZnO 膜の物性評価より、新

表(6)-4 各条件で製膜した ZnO を用いた素子の電池特性

ZnO 製膜法	基板	Jsc /mA cm-2	Voc /V	FF	PCE /%	再現性
1	ガラス	7.45	0.55	0.55	2.90	◎
2	ガラス	8.10	0.55	0.58	3.29	◎
3	PET	7.33	0.55	0.55	2.76	◎
図(6)-11 製膜法 3 による低温プロセス ZnO 膜の表面 AFM 像

図(6)-10 新規 ZnO 膜を用いた逆型有機薄膜太陽電池の光電流-電圧曲線.(黒線)製膜法2,ガラス基板,(赤線)製膜法3,PET基板.

規 ZnO は従来の ZnO に比べて(100)面および(101)面の回折強度が強いことが確認された。次に、この新規製膜法 3 で低温作製した ZnO 膜の表面 AFM 像を図(6)-11 に示す。この手法を用いることで、大気中かつ低温プロセスにおいても比較的平滑な ZnO 膜を作製することができ、PET 基板上での素子作製が可能になった。作製した素子のアニール処理温度を 100℃ とした場合の変換効率は 2.76%、アニール処理を行わなかった場合は 2.32% であった(図(6)-10(赤線))。

次に、各素子の耐久性について検討した。図(6)-12 と表(6)-5 に、100 時間の連続光照射下における素子性能の時間変化を示す。ガラス基板を用いた素子(図(6)-12■)と PET 基板を用いたフレキシブル素子(図(6)-12□)のいずれにおいても高い耐久性を示し、未封止であるにもかかわらず、100

図(6)-12 新規 ZnO 膜を用いた逆型有機薄膜太陽電池の耐久性試験。(■) 製膜法 2, ガラス基板 (☐) 製膜法 3, PET 基板.
時間の連続光照射後においても初期効率の89%および96%が保持された。このように、大気中低温プロセスによる長寿命フレキシブル有機薄膜太陽電池の開発に成功した。この太陽電池作製プロセスは大気中低温で行えるため、繊維型太陽電池にも応用できるものと期待される。

表(6)-5 100時間の連続光照射下における素子性能の時間変化

Run	基板	ZnO 加热/ $ ^{\circ} $ C	発電層加熱/ $ ^{\circ} $ C	PCE $ _{\text{max}} $ /%	PCE $ _{\text{100h}} $ /%	100h 後 PCE 保持率/%
①	Glass	250	150	2.96	2.63	88.9
②	PET	100	-	2.38	2.27	95.6

## （２）繊維化太陽電池の力学物性・光学物性・電気特性評価

## 1 ）芯線特性

図(6)-3の方法により作製されたスピンドルファイバーの機械的強度の試験結果を図(6)-13に示す。スピンドル回転数をパラメーターとした。得られた結果より回転数を増加させることで強度が増す事が分かった。5000rpmの時は線径が細くなり、機械的強度は300MPaであった。

図(6)-13 スピンドルファイバーの強度試験結果

更なる強度を目指して、図(6)-4に示す方法でポストスピンを施した。この結果を図(6)-14に示

図(6)-14 ポストスピンドル処理による機械的強度の向上
す。形成したスピンドルファイバーをさらに片端を固定しスピンを加える事で機械的強度の向上が図られることが分かった。図中に線径の変化をSEM像で観察した結果を示す。これによりポスト処理によってよりカーボンナノチューブの密度が増加し、機械的強度の向上に効果がある事がわかる。

更なる強度向上のためにスピンドルファイバーを2本寄り線にした結果を図(6)-15に示す。これにより最高1087MPaを達成した。

図(6)-15 2本寄り線で機械的強度測結果

## 2 ）発電層特性

### a. 電子捕集層で吸収するUV光が素子性能に及ぼす影響

ZnO膜製膜時の加熱処理温度を、150℃, 250℃, 350℃, 450℃と変化させてZnO膜を作製した。

図(6)-16 ZnO の加熱処理温度を変えて製膜した ZnO 膜の (左) 吸収スペクトルおよび (右) XRD スペクトル.
ZnO膜の吸収スペクトルを図(6)-16（左）に示す。ZnO膜の処理温度が高くなるにつれて、360nm付近の吸光度が増大していることが確認された。この結果より、作製したZnOは、禁止帯中の局在準位の密度が高温処理するほど大きくなっていることが示唆される。次に、ZnO膜のXRDスペクトル測定の結果を図(6)-16（右）に示す。ZnO膜の処理温度が高くなるにつれて、結晶性が良くなることが確認された。特に、(100)，(002)，(101)の三つの結晶面の成長が大きい。

次に、これらの ZnO を電子捕集層に用いた逆型素子について、白色光と UV カット光照射における光電変換特性を評価した。図(6)-17 に 250°C および 450°C で ZnO を加熱処理した素子の電流電圧曲線を示す。白色光を照射した場合、いずれの温度で ZnO を処理しても PCE 約 3.2%が得られた。一方、UV カット光を照射した場合、450°C で加熱処理をした場合は PCE の著しい低下が

図(6)-17 加熱処理温度を変えて準備した ZnO を電子捕集層に用いた逆型有機薄膜太陽電池の光電流-電圧曲線。（左）250℃，（右）450℃.

図(6)-18 加熱処理温度を変えて準備した ZnO を電子捕集層に用いた逆型有機薄膜太陽電池の PCE 変化。(○) 白色光照射，(●) UV カット光照射.
観察されたものの、250℃で加熱処理をした場合は良好な光電変換特性を示すことが分かった。

図(6)-18 に ZnO の加熱処理温度と PCE のプロットを示す。白色光照射下ではいずれの場合でも PCE が 3% 以上でほとんど違いが見られなかったが、UV カット光照射下では高温処理すると PCE が低下し、150℃や 250℃ と低温処理した時には高い PCE を示すことが分かった。すなわち、低温作製した ZnO を電子捕集層に用いた場合、紫外線が無くても良好な光電変換特性を示すことが分かった。

### b. 両面受光型素子の裏面入射時における光電変換特性

前述の $ 250^{\circ}C $ 加熱処理した ZnO を電子捕集層に用いた場合、発電に UV 光が不要であるという特徴を応用し、繊維型素子で想定される入射方向である PEDOT:PSS 側、すなわち Au 側からの光照射において発電可能な素子(図(6)-6(右))を試作した。図(6)-19 に両面受光型素子の電流電圧曲線を示す。また、素子性能を表(6)-6 にまとめた。ITO 電極側および Au スリット電極側いずれの方向から光を入射させても PCE は $ 2.7\sim2.8\% $ と良好であり、この素子が両面受光型素子として機能することが分かった。すなわち、本素子構造は繊維太陽電池のような裏面受光型素子への応用が期待できるといえる。

図(6)-19 ITO/ZnO/PCBM:P3HT/PEDOT:PSS/Au 两面受光型有機薄膜太陽電池電流電压曲線。（太線）ITO電極側から受光した場合、（細線）Auスリット電極側から受光した場合.

表(6)-6 两面受光型素子の電池性能

開口面積/cm²	Isc/mA	Jsc/mAcm-2	Voc/V	FF	Pmax/mW	PCE/%
ITO 側	1.00	9.12	9.12	0.57	0.54	2.81	2.81
Au 側	0.43	3.91	9.05	0.55	0.55	1.18	2.71

## 3 ) 力学特性

### a. 繊維の引張試験方法

一般的に繊維の引張試験には、図(6)-20に示すような巻き付けチャックを用いる。試料の長さは約30cm必要である。炭素繊維の場合、30cmの単繊維を取り出すことも容易ではないが、その繊
維を巻き付ける際に折れてしまうため、この治具での測定はできなかった。炭素繊維の単繊維の引張試験方法は、JIS R7606によると、単繊維を図(6)-21に示すように台紙にセロテープで仮止めした後、エポキシ接着剤で固定し、試験機のチャックに固定後、台紙を切って測定するというものである。引張速度は、0.1mm/minである。この方法で単繊維の引張試験を実施し、測定できることがわかった。

図(6)-20 巻き付けデッツクによる 繊維の弓り長試験

図(6)-21 単繊維の문体試験

### b. CNT 繊維太陽電池の力学特性

CNT繊維(PEDOT: PSS塗布)とCNT繊維を使用した繊維型太陽電池の引張試験を行った。CNT繊維の直径は初期の段階（表(6)-7 試料NO.1～3）では500～700μmであった。図(6)-22の(a)にCNT繊維とCNT繊維太陽電池（試料NO.3）の光学顕微鏡像と最後に作製した最も細い太さ約200μmのCNT繊維の太陽電池（表(6)-7 試料NO.4）の反射電子像(c)を示す。捻られている様子がわかる。

表(6)-7 CNT 縦維と CNT 縦維太陽電池の力学特性

試料	直径(μm)	弾性率(GPa)	隆伏点強度(MPa)	破壊強度(MPa)	破壊伸び(%)
CNT 微維*	520	1.6	-	60	5.7
CNT 微維太陽電池 N0.1	660	1.6	33	29	3.2
CNT 微維太陽電池 N0.2	720	0.57	39	29	33
CNT 微維太陽電池 N0.3	640	1.2	54	51	12
CNT 微維太陽電池 NO.4	230	1.6	-	75	5.4
カタンポ#30	390	1.8	-	110	10
ポリエデレン釣り糸	490	0.40	-	320	69
炭素微維トレカ**	10	230	-	4900	2.0

(a)

(b)

(c)

図(6)-22 CNT 繊維(a)CNT 繊維太陽電池試料 NO.3(b)の光学顕微鏡像と CNT 繊維太陽電池 NO.4(c)の反射電子像
引張試験の結果を応力－歪曲線（図(6)-23）と表(6)-7に示す。図(6)-23からCNT繊維は降伏を示すず、5.7%の伸びで脆性破壊をした。弹性率は1.6GPa、破壊強度は60MPaである。断面積は円として計算し、燃りのある糸の断面積を正確には反映していないため、弹性率、強度の値は低く見積もられている。破壊した時の荷重は、1.3kgだった。繊維型太陽電池の引張試験では直径600μm程の3試料では、降伏を起こしていて、弹性率は最も大きて、1.6GPaを示し、CNT繊維とほぼ同じであった。破断強度は最も大きくて51MPaであり、荷重では、約1.8kgであった。これに対して、直径約200mの繊維型太陽電池では、弹性率は1.6GPa、強度は75MPaを示し、強度が増加した。比較として、表にカタン糸（木綿糸、実測）、ポリエチレン釣り糸（実測）と炭素繊維トレカ（カタログ）の値を示した。

图(6)-23

CNT 繊維と CNT 繊維型太陽電池の応力・歪曲線

図(6)-24 に示す CNT 繊維の引張破断後の SEM 写真から、CNT フィラメントがほぐれているのがわかる。(c)、(d) では、上に塗布した PEDOT:PSS 層の破断が見える。

$ \{a\} $

{b}

$ \{c\} $

{d}

図(6)-24 CNT 繊維（PEDOT:PSS 塗布）の破断後の SEM 写真

図(6)-25 には CNT 繊維太陽電池の引張破断後の SEM 写真を示す。(a)から(f)は直径約 $ 600 \mu m $ 、(g)、(h)は直径 $ 200 \mu m $ の繊維型電池である。(b)は No.2 の破断面であり、CNT 繊維の上の塗布層が先に破断している。応力-歪曲線からも、No.2 試料は塗布層が伸びていると考えられる。最表面には細かな亀裂が多くみられる。(c)も No.2 試料であるが、破断して細かくなった最上層の $ TiO_{x} $ が割れて破片になっていて、その下の発電層と剥離している。最上層の表面には粒子状のものが
観察される。(d)から(f)は試料 No.3 の写真である。これらの写真から、直径 $ 600\mu m $ の太陽電池では $ TiO_{x} $ 層の厚さは $ 1\sim4\mu m $ 、[PEDOT:PSS+発電層]の厚さは $ 2\mu m $ と見積もられた。これと比べて直径 $ 200\mu m $ の太陽電池では、CNT 繊維と上の層 (PEDOT:PSS/発電層/ $ TiO_{x} $ ) との剥離は見られず、接着性は良好と考えられる。これは前述したように、直径 $ 200\mu m $ の電池では、[PEDOT:PSS+発電層]の厚さは変わらないが、 $ TiO_{x} $ 層の厚さは $ 200nm $ と薄くなっているためと考えられる。CNT 繊維については、紡糸方法の改良でさらに強度・弾性率の向上が見込まれ、実用になる強度をもつ繊維型太陽電池の作製が可能であると考えられる。

(a)

(b)

$ \{e\} $

$ \{c\} $

{f}

(d)

(g)

$ \{h\} $

図(6)-25 CNT 繊維太陽電池の引張は断後の SEM 写真：(a)一(f)は直径 600 μm、(g)、(h)は直径 200 μm

## （3） 繊維型太陽電池作製試作

CNT fiberの平滑化処理としてPEDOT:PSSコーティングの検討を行った。図(6)-26に示すように、コーティング前はCNTのほつれが随所に見られるが、コーティング処理によってほつれが無くなり平滑な表面が得られた。またfiber表面をAFMで計測したところ、コーティング前後でRa、Rz共に約1/5程度まで小さくなっていることが確認され、コーティングの効果が明確になった。導電性に関してはコーティング処理前後のCNT fiberのIV特性から評価したが、コーティング処理前後で導電性に大きな変化は見られなかった。したがって、導電性高分子でCNT fiberをコーティングすることで、CNT fiberの高い導電性を維持したまま表面を平滑化することが可能であるといえる。

図(6)-26 CNT fiber の PEDOT:PSS コーティング

$$ (a): コーティング前 ,(b) コーティング後 $$

次に、素子の積層構造の選定を行った。CNT fiber/PEDOT:PSS を下地電極とした場合、積層構造は図(6)-27、28 に示すような 2 パターンが考えられる。CNT fiber を ITO 基板に置き換えた平面
型素子で構造の評価を行ったところ、図(6)-27の積層パターンでは発電を示すⅣ特性がショート気味の特性を示した。このことからCNT fiberを芯線電極とした繊維型太陽電池の積層構造はCNT fiber/PEDOT:PSS(hole輸送層)/発電層/電子輸送層/対向電極とすることとした。

图(6)-27 CNT fiber 型太陽電池積層構造 1

图(6)-28 CNT fiber 型太陽電池積層構造 2

CNT fiber型太陽電池素子作製としてはじめに同軸型素子の作製を行った。作製フローを図(6)-29に示した。プロセスとしてまずfiberの成形がある。ここでは、厚さ15形がのCNT fiber sheetから1cm幅切り出し、それを捻ることでφ切り出し、のCNT yarnとした。この状態は目視レベルでは表面が平滑な円筒の糸状になっているが、前述の通り顕微鏡レベルでは全体的にμmオーダー以上の凹凸や突起、ほつれなどが多く見られ、これらがしっかりと有機層でカバーされなかった場合対向電極とのショートの原因になる。このため、次のプロセスではこの表面の平滑化とyarn形状の固定化プロセスとしてPEDOT:PSSでのコーティングを行った。コーティング方法はPEDOT:PSSの繰り返しディップコートとした。繰り返しコーティングによって膜厚を大きくしていくことが可能だが、膜厚が厚すぎると新たな凹凸が生じたり、抵抗成分として作用してしまうことも考えられるため、撚りによる凹凸や糸のほつれをカバーできる最低限の膜厚であることが望ましい。本研究では、φ繰り返のCNT yarn 5cm長さを1sかけて引き上げるディップコートを5回繰り返すこととした。このディップコートでおおよそ1μmのPEDOT:PSSがコーティングされ、表面の凹凸は平滑化されている。次にfiber上に絶縁エリアの確保を行った。このプロセスは、対
図(6)-29 CNT fiber 同軸型太陽電池作製プロ-

向電極の取り出しの際ショートが起こらないようにするための措置であり(glass ITO平面型のITOエッチングプロセスに相当)、耐薬品性のある絶縁性接着剤の塗布でエリアの確保を行うこととした。P_{3}HT:PCBM発電層もPEDOT:PSS同様繰り返しディップコートとしたが、この場合発電層がCNT yarn/PEDOT:PSS層をしっかりとコーティングできていないとショートを起こしてしまうため、それを防ぐ目的で発電層コーティング毎に発電層表面及び発電層とCNT yarn間の任意の数点で抵抗を計測しながら繰り返しコーティングを行うこととした。このプロセスで得られる発電層の膜厚は約0.5μmである。本素子においては発電層への濡れ性と膜の均一性の点から電子輸送層にTiO_{2}を使用することとした。TiO_{2}層に関しては、発電層まででショートの要因を抑えることができているため膜厚を厚くする必要がない。逆に膜厚が厚いと抵抗成分になったり、フレキシブル性が損なわれることが考えられるため、電子輸送層として作用する最低限の膜厚が保持できればよいことから、繰り返しディップコートは行わないこととした。対向電極Alは膜厚50nmを目標にした光透過性膜とした。

作製したCNT fiber同軸型太陽電池及び素子の150mWメタルハライドランプ照射時の発電特性

図(6)-30 作製した CNT fiber 同軸型太陽電池及び素子の発電特性
を図(6)-30に示した。IVカーブからCNT fiber型太陽電池は発電特性が見られており、ガラス基板やnylon wireなどの補助基材を使用しないCNT fiber単独芯線型の太陽電池として初めてしっかりとした発電特性が得られた。Glass ITOを使用した構造再現素子と比較するとその発電量には到達していないが、これはCNT fiberの表面凹凸によるショート回避のために各コーティング層を厚くしていることが影響したものと考えられる。また、本素子のようにAl薄膜を電極として使用した場合、その膜厚による光透過性の差が発電量に大きく影響する(25nmの膜厚差で1桁発電量に差が生じる)ことなども要因として考えられる。しかし一方で、各層を理想的な膜厚で積層し、かつ光照射側電極の光透過性を高めることで特性の向上が期待できるため、本研究にて作製したCNT fiber単独芯線繊維型太陽電池で発電特性を得ることができたというのは、今後の繊維型太陽電池開発に向けて非常に大きな成果であると言える。

また次にCNT fiber sheetを下地電極とした繊維型太陽電池の試作を行った。使用したCNT fiber sheetは厚さが $ 15\mu m $ と薄く、非常に軽量であるためプロセスを流す上ではガラス基板のような補助基材に密着させて形状変化を防ぐ必要がある。しかし、ガラス基板などを補助基材に使用した場合、最終的にガラスから素子を取り外すことが難しく、CNT fiber sheet型太陽電池として素子を得ることができないという問題がある。そこで本研究では $ 150^{\circ}C $ 熱剥離型の両面粘着シートをプロセス補助基材として用い、最終的に粘着シートを外すという方法を採用した。まず、両面粘着シートの片面だけ粘着面とし、そこにCNT fiber sheetを貼り付け密着させ、PEDOT:PSSのキャスト成膜を行った。素子の形状がsheet状であるため、成膜方法にはスピンコートやバーコートなど選択の幅があるが、均一成膜が可能と思われるスピンコートでは、CNT fiber sheetに部分的な浮き上がりが生じ、結果的に均一な面が得られなかったことからキャスト成膜を採用した。また、同様の理由から乾燥に関しても通常のglass ITO平面型で行うような温度での乾燥は行わず、自然乾燥に近いような常温～ $ 40^{\circ}C $ 程度の低温から徐々に温度を上昇させて最終的に $ 120^{\circ}C $ で乾燥させるという方法を取った。その後、素子内に対向電極取り出しのための絶縁エリアを確保し、

$ P_{3}HT:PCBM $ 発電層のキャスト成膜を行った。乾燥は自然乾燥のみで加熱は行わなかった。 $ TiO_{2} $ 層は、キャストやバーコートでは膜厚が厚くなりすぎることを考慮してスピンコート成膜を行った。

図(6)-31 作製した CNT fiber sheet 型太陽電池及び素子の発電特性
その際、両面粘着シートのもう片側の粘着面をガラス基板に接着してスピンコートを行った。 $ TiO_{2} $ のスピンコートにおいては、下地のCNT fiber sheetがPEDOT:PSS及び発電層でしっかりとコーティングされているため部分的な浮き上がりは生じなかった。 $ TiO_{2} $ 層スピンコート後は150℃-15minの加熱を行った。150℃は粘着シートの剥離温度であり、ここで粘着シートと素子の剥離が可能となる。その後対向電極としてAl薄膜を真空蒸着にて成膜し、CNT fiber sheet型太陽電池とした。図(6)-31に作製したCNT fiber sheet型太陽電池素子を示し、150mWメタルハライドランプ照射条件下でのIV特性を示した。こちらもCNT fiber同軸型太陽電池と同様しっかりとした発電特性を示しており、各層の膜厚最適化や光入射側電極の光透過性を改善していくことによって今後十分な特性向上が見込めると期待できる。

## 5 ．本研究により得られた成果

## （1） 科学的意義

有機高分子ナノファイバーを用いて初めて太陽電池を作製し、起電力を確認した意義は大きい。 $ 100^{\circ}C $ の加熱で製膜できるゾルゲル酸化亜鉛膜を開発したことによって、大気中低温プロセスによる長寿命フレキシブル有機薄膜太陽電池の開発に成功した。この太陽電池作製プロセスは大気中低温で行えるため、繊維型太陽電池にも応用できるものと期待される。

カーボンナノチューブを紡績し繊維を形成する基礎技術が確立できた。これにより均一な品質のカーボンナノチューブファイバーが形成可能となる。またそのファイバーは優れた剛性を有している。

高耐久性の繊維型有機薄膜太陽電池を構築するための基礎技術として、逆型構造を有する両面受光型素子の製作に成功し、以下の知見を得た。

1）高耐久性の逆型構造を繊維太陽電池に適用するために不可欠な、紫外光なしで駆動する低温プロセスで作製できる電子捕集層（ZnO）を見出すことができた。

2）発電層上に被覆した光透過性のあるPEDOT:PSSは正孔捕集層としてのみ機能するのではなく補助集電極としての役割も果たしている。すなわち、繊維型素子の光が当たらない影の部分にAu集電極を形成させておけば、PEDOT:PSSが導電性であるためにAu集電極まで光

生成した正孔を移動させて、結果として太陽電池として十分機能させることが可能である。最終的に直径200に直のCNT繊維太陽電池の引張試験を行った結果、弾性率1.6GPa、強度75MPaが得られ、木綿糸と比べて、弾性率はほぼ同レベル、強度は70%程度のものができたことを明らかにした。

本プロジェクトの五年間で開発した技術を用いてCNT fiberを芯線電極とした繊維型太陽電池を作製し、発電を成功させることができた。また、同軸型だけでなくシート型などの形状でも発電に成功した。このことは繊維型太陽電池の実現化へ向けた基盤技術として大きな進展であり、科学的意義が大きい。

## （２）環境政策への貢献

＜行政が既に活用した成果＞

特に記載すべき事項は無い。
## ＜行政が活用することが見込まれる成果＞

サブテーマ1、2、3、4、5にすでに記載済みであるが、以下再録する。本研究の成果が事業化されると下記の点で環境政策に大きく貢献できる。

① 多くの種類が存在する太陽電池の中でも最も$\mathrm{CO}_{2}$の排出量の少ない太陽電池であることを本研究で明らかにしたように、京都議定書の$\mathrm{CO}_{2}$排出削減に貢献できる。

② 農作業シート等のこれまでにないフレキシブルな太陽電池を導入することにより、例えばビニールハウス農家が大量の重油を利用していた温度管理のためのエネルギーを太陽電池でカバーすることが可能になるため、CO $ _{2} $ の排出削減として貢献できる。

③ 利用部材が少なく、リサイクル可能な素材で構成できる太陽電池であるため、廃棄物の大幅な削減に大きく貢献する。現在主に利用されているのはシリコン太陽電池であるが、10000m²への設置を考えた場合、シリコン太陽電池はおよそ10トンの廃棄物を排出するが、今回開発した太陽電池はおよそ3kgしか廃棄物をださない。

④ 従来のシリコン太陽電池の生産には大型の製造ラインが必要であるが、今回開発した太陽電池は編むことで大面積の太陽電池を製造できるため大型の製造ラインが必要なく、設備に利用される資源の大幅な削減が可能になるという点で利用資源の削減、廃棄物の削減に貢献できる。

⑤ 超フレキシブルな太陽電池であるため、これまでの太陽電池では設置できない場所への設置も可能になり、実質的に太陽エネルギーの回収量を増やすことで自然エネルギーの利用率を上げることになり、CO₂削減に貢献できる。

## 6 ．国際共同研究等の状況

特に記載すべき事項はない

## 7 ．研究成果の発表状況

## （1） 誌上発表

## <論文（査読あり）>

1) T. Kuwabara, M. Kuzuba, T. Yamaguchi and K. Takahashi: Proceedings of the $ 10^{th} $ International conference on Materials Chemistry (2011)

“Preparation of chemical bath deposited titanium oxide for its application in inverted bulk-heterojunction polymer solar cells” (2011, 7)

2) T. Yamamoto, T. Ikai, M. Kuzuba, T. Kuwabara, K. Maeda, K. Takahashi and S. Kanoh: Macromolecules, 44, 17, 6659-6662 (2011)

“Synthesis and Characterization of Thieno $$ 3,4-b $$ thiophene-Based Copolymers Bearing 4-Substituted Phenyl Ester Pendants: Facile Fine-Tuning of HOMO Energy Levels”

3) I. Sasajima, T. Kuwabara, T. Yamaguchi and K. Takahashi: Proceedings of the 21st International Photovoltaic Science and Engineering Conference (2011)

“Flexible inverted polymer solar cells with a sol-gel derived amorphous titanium oxide as an electron collection electrode”

4) M. Kuzuba, T. Kuwabara, T. Yamaguchi and K. Takahashi: Proceedings of the 21st International
Photovoltaic Science and Engineering Conference (2011)

“Close relationship between the morphology of the photoactive layer and performance of inverted bulk heterojunction polymer solar cells”

5) Y. Matsuo, J. Hatano, T. Kuwabara and K. Takahashi: Appl. Phys. Lett., 100, 063303-1-3 (2012) "Fullerene acceptor for improving open-circuit voltage in inverted organic photovoltaic devices without accompanying decrease in short-circuit current density"

7) T. Kuwabara, C. Tamai, Y. Omura, T. Yamaguchi, T. Taima, K. Takahashi: Org. Electron, 14, 2, 649-656 (2013)

“Effect of UV Light Irradiation on Photovoltaic Characteristics of Inverted Polymer Solar Cells Containing Sol-Gel Zinc Oxide Electron Collection Layer”

## （2） 口頭発表（学会等）

1) 2009年国際ナノテクノロジー総合展・技術会議：成果展示（2009年2月）

2) 2010年国際ナノテクノロジー総合展・技術会議：成果展示（2010年2月）

3) 表研次：2010年国際ナノテクノロジー総合展・技術会議：メインシアター特別講演（2010年2月）「環境分野へのナノテク応用例の紹介…革新的有機薄膜太陽電池…」

4) 表研次：2010年国際ナノテクノロジー総合展・技術会議：ミニシアター講演（2010年2月）「環境分野へのナノテク応用例の紹介…革新的有機薄膜太陽電池…」

5) 表研次：第1回有機薄膜太陽電池部門公開シンポジウム：講演 (2011年1月)「有機薄膜太陽電池の環境分野への貢献について」

6) 桑原貴之：電気化学会北陸支部春季大会（2012年5月）

「素子構造設計を主軸とした高機能有機薄膜太陽電池の開発」(招待講演)

7) 大村佳弘, 桑原貴之, 當摩哲也, 高橋光信: 秋季第73回応用物理学会学術講演会 (2012年9月) 「逆型有機薄膜太陽電池の光電変換特性に対するゾルゲル酸化亜鉛電子捕集層の加熱処理温度依存性」

8) 矢野勝寛, 桑原貴之, 當摩哲也, 高橋光信: 秋季第73回応用物理学会学術講演会 (2012年9月) 「逆型有機薄膜太陽電池の光電変換特性に対する化学浴析出酸化チタン電子捕集層の加熱処理温度依存性」

9) 高橋光信，桑原貴之：日本化学会第93春季年会（2013年3月）

「大気中で塗って作製できる逆型有機薄膜太陽電池」(招待講演)

## （3） 出願特許

1) 桑原貴之、才田守彦、表研次、高橋光信：金沢大学，イデアルスター：「ホールブロック層の製造方法、ホールブロック層、光電変換素子、有機薄膜太陽電池パネル、および発光装置」：特願2011-190743：2011年9月1日
（４）シンポジウム、セミナー等の開催（主催のもの）

1) 平成23年度金沢大学-富山大学共同企画有機系太陽電池シンポジウム（2011年12月17日、金沢大学、観客50名）

2) 理工研究域サステナブルエネルギー研究センター（R S E T）の公開シンポジウム（2012年2月10日、金沢市アートホール、観客200名）

3）第2回有機太陽電池ワークショップ（2013年1月10日~12日、金沢市しいのぎ迎賓館、観客60名）

## （５）マスコミ等への公表・報道等

1) 石川テレビ（2011年4月6日、有機薄膜太陽電池部門ついて5分ほど紹介）

2) 北國新聞夕刊（2011年4月11日、地方紙、「舞台」有機薄膜太陽電池に期待）

3) 日本経済新聞（2011年4月19日、石川版、北陸「核心一この人に聞く」新エネルギー研究拠点設立 効率向上へ数値目標）

4）石川テレビ スーパーニュース（2011年4月28日、有機薄膜太陽電池部門ついて5分ほど紹介）

5) 朝日新聞（2011年6月22日、石川版、いしかわスクエア「金沢大学探訪」安く軽い太陽電池）

6) 北國新聞（2011年8月8日、地方紙、塗る太陽電池実用化へ 金大と被災企業タッグ 東に光あれ）

7) 富山新聞（2011年8月8日、地方紙、塗る太陽電池実用化へ、1 $ ^{\circ} $ -）

8）東京新聞（2011年8月30日、ブロック紙、脱原発 議論素通り・・・市民ら「新エネルギー推進を」、1 $ ^{\circ} $ -ジ）

9) 北國新聞（2011年11月3日、地方紙、サステナブルエネルギーって何？）

10) 北陸中日新聞（2012年1月1日、地方紙、里山里海のちから－社会として求めよう－）

11）日刊工業新聞（2012年2月6日、業界紙、有機薄膜太陽電池 倉元製が量産技術、1°-）

12) NHK金沢 かがのとイブニング（2012年2月8日、「“極薄”の太陽電池」5分ほど紹介）

13) NHKニュース おはよう日本（2012年2月14日、「太陽電池」5分ほど紹介）

14) 読売新聞（2012年7月2日、地域版、薄型太陽電池可能性説<）

15) 読売新聞（2012年7月23日、特別面、最先端太陽電池で開く未来）

16) 化学工業日報（2013年2月1日、畳める太陽電池開発）

17) 電波新聞（2013年2月15日、CNT.実用化間近に）

## (6) その他

特に記載すべき事項は無い

### 8 \. 引用文献

特に記載すべき事項は無い
## （7） 環境価値の評価

株式会社イデアルスター 表 研次

溝渕裕三・横尾邦義・山本恵彦・小野吉弘

<研究協力者>

横浜科学環境技研 柿田秀人

平成21～24年度累計予算額：6,753千円（うち24年度：939千円）

予算額は、間接経費を含む。

平成20年度まではナノテクノロジーを活用した環境技術開発推進事業予算にて実施

## [要旨]

環境負荷を評価するためのLCA（ライフサイクルアセスメント）は薄膜有機太陽電池ではこれまでなされたものはない。本研究において、①薄膜有機太陽電池エネルギーPBT評価として、薄膜有機太陽電池素材および作成工程を実態に近いレベルで、インベントリ分析を行ないエネルギーPBT評価した。また超フレキシブル太陽電池について、プラスチック基板についてもエネルギーPBT評価を行った。その結果、市販の太陽電池に比べてエネルギーPBTは現状の低発電効率で薄膜型と同じで、発電効率が改善されれば環境負荷は大幅に低減されることを示した。②薄膜有機太陽電池マネーPBT評価として、環境負荷を経済的に評価する方法の一つとしてマネーPBT評価がある。これは資金を投じて製作された太陽電池が、発電電力を生じるがこの発電価格で、製作コストを除することで、いか程の年月で償却できるかを示すマネーPBTが得られる。薄膜有機太陽電池ではこれまでなされたものはない。本研究において、薄膜有機太陽電池製作価格を算定し、薄膜有機太陽電池マネーPBT評価を行なった。Si単結晶太陽電池に比べてマネーPBTは現状の低発電効率で2/3、発電効率が改善されれば環境負荷は半分以下に低減されることを示した。③繊維型有機太陽電池エネルギーPBT評価として、繊維型有機太陽電池素材および作成工程を実態に近いレベルで、インベントリ分析を行ない、エネルギーPBT評価を行なった。その結果、市販の太陽電池に比べてエネルギーPBTは現状の低発電効率で薄膜型と同じで、発電効率が改善されれば環境負荷は大幅に低減されることを示した。④繊維型有機太陽電池マネーPBT評価として、繊維型有機太陽電池および布状有機太陽電池の製作価格を算定し、それぞれのマネーPBT評価を行なった。Si単結晶太陽電池に比べてマネーPBTは現状の低発電効率で2/3、発電効率が改善されれば環境負荷は半分以下に低減されることを示した。

## [キーワード]

LCA、EPT（エネルギーペイバックタイム(EPBT)）、インベントリ分析、CO_{2}排出量、MPT(マネーペイバックタイム(MPBT))、繊維型太陽電池

## １．はじめに

シリコンをはじめとする無機太陽電池の環境負荷への影響については、それぞれLCA評価がなされているが、薄膜有機太陽電池についての評価はない。一方、薄膜有機太陽電池は、有機材料
を主体とし、発電層が薄膜であり、資源制約の問題がなく、またその製造過程に無機太陽電池の製造工程で不可欠な高温処理工程を必要としないことなどから、環境負荷が小さく、将来の有望なデバイスであると考えられている。また新規ナノマテリアル超フレキシブル有機太陽電池はその可癒性の点から利用価値が高いものである。その中でも繊維型有機太陽電池はその可癒性の点から最も利用価値が高いものである。

各種無機太陽電池のマネーPBTについては、検討されているが、薄膜有機太陽電池についての評価はない。一方、薄膜有機太陽電池は、有機材料を主体とし、発電層が薄膜であり、資源制約の問題がなく、またその製造過程に無機太陽電池の製造工程で不可欠な高温処理工程を必要としないことなどから、環境負荷が小さく、マネーPBTも小さいことが期待されている。繊維型有機太陽電池は、有機材料を主体とし、発電層が薄膜であり、資源制約の問題がなく、また実用化されれば広い応用範囲が期待されており、マネーPBTに大きい関心が持たれている。本サブテーマは、以下の4つのサブサブテーマで構成されている。

（１）薄膜有機太陽電池エネルギーPBT評価

（2）薄膜有機太陽電池マネーPBT評価

（３）繊維型有機太陽電池エネルギーPBT評価

（4）繊維型有機太陽電池マネーPBT評価

## 2 ．研究開発目的

新規ナノマテリアルを用いた超フレキシブル有機太陽電池について、薄膜タイプおよび繊維型太陽電池についてのLCAのためのインベントリ分析を行ない、エネルギーPBTを算定し、合わせてマネーPBTを評価し、既存の太陽電池に比べて、いかに環境負荷が小さいかを算定する。

## 3 ．研究開発方法

平成20年度は、有機太陽電池として、金沢大学高橋研究室にて開発されている有機太陽電池をモデルとしてLCAを行うことし、LCAソフトウェアJEMAI-LCA Proを用いる方向付けを行う。

平成21年度は、LCAソフトウェアJEMAI-LCA Proを整備し、システム境界図、作成工程図を作成し、LCAの準備を完了させる。また、有機太陽電池モジュール作成工程で投入される材料およびエネルギーの量を確定してフォアグランドデータを完成させ、環境負荷（CO₂排出量）を評価しうるにバックグランドデータを得る。そして有機太陽電池のインベントリ分析を行なう。

平成21、22年度は、有機太陽電池モジュールの素材および作成工程を実態に近いレベルでインベントリ分析するとともに、超フレキシブル太陽電池についても環境評価を行うために、プラスチック基板についても分析を行なうとともに、エネルギーPBTおよびメネーPBTについて評価する。

平成23年度は、イデアルスターにて開発された繊維型太陽電池についてインベントリ分析を行い、エネルギーPBTを得、合わせてマネーPBTを評価する。

平成24年度は、イデアルスターにて開発された布状に形成されたカーボンナノチューブ(CNT)を基板とした布状CNT有機太陽電池のインベントリ分析を行ない、エネルギーPBTを得、合わせてマネーPBTを評価する。