• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2018 年度 実績報告書

弾性グラディエントナノ薄膜を利用した自由変形可能な太陽電池の創成

計画研究

研究領域ソフトロボット学の創成:機電・物質・生体情報の有機的融合
研究課題/領域番号 18H05469
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

福田 憲二郎  国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 専任研究員 (40613766)

研究分担者 藤枝 俊宣  早稲田大学, 高等研究所, 准教授(任期付) (70538735)
研究期間 (年度) 2018-06-29 – 2023-03-31
キーワード有機太陽電池 / フレキシブルエレクトロニクス
研究実績の概要

本年度は柔らかいゴムの上に有機太陽電池を作製するための準備段階として、溶液プロセスによる超薄型基板フィルムの作製及びその上への有機太陽電池の形成手法確立に取り組んだ。選んだ材料は透明ポリイミドであり、この材料は前駆体溶液を塗布後、250℃で焼成することにより架橋させるものである。成膜性と剥離性の両立を満たすために、支持体となるガラス表面エネルギーの調整を行った。従来のパリレンと同様に高撥液性を有するフッ素液高分子(Novec)を利用し、その膜厚を適切に制御した後に酸素プラズマ処理を行って改質するという2段階の表面処理を行った。その結果、透明ポリイミド前駆体溶液の成膜性と、加熱プロセス、素子作製後の剥離のすべてを可能にする条件を確立することに成功した。この基盤を用いて有機太陽電池を作製し、高いエネルギー変換効率と光に対する安定性を有することを見出した。
上記の有機太陽電池を利用したアクチュエータ駆動応用に関する研究にも取り組んだ。駆動電圧、電流、変位等の要請を考慮し、市販のチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)をターゲットのアクチュエータとして設定した。それを有機太陽電池で駆動するための新たな回路構成を確立し、実際に有機トランジスタでのON/OFF制御、有機太陽電池を用いたトランジスタとアクチュエータへの電力供給を行うシステムを確立した。ファンクションジェネレータを用いて200Hzの交流信号を駆動トランジスタのゲートに印加し、ソース・ドレイン電圧及びアクチュエータ部分を有機太陽電池によって電力供給することで、PZTアクチュエータが5μmの変位量で駆動することを確認した。これは人体が近くするのに十分な周波数及び変位量であり、超薄型有機太陽電池を用いたアクチュエーションの原理実証が達成されたのみならず、それをウェアラブルデバイスへと適応可能であることを意味する。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初基板として利用予定であったポリジメチルシロキサン(PDMS)を用いた有機太陽電池の研究には着手できていないが、それは分担研究者である藤枝の所属変更に伴う引っ越し・新規研究室立ち上げによるものである。今年度PDMS基板の作製を行うめどは立っているため、当初計画からの遅れはない。一方、他の溶液材料を利用した超薄型有機太陽電池の作製には成功しているため、本年度はPDMSナノシートの形成ができ次第、速やかに有機太陽電池の基板として利用する技術確立はすでにできている。それに並行して発展的なアクチュエータの駆動という実験にも成功しており、当初計画を鑑みるとおおむね順調に進展していると判断することができる。

今後の研究の推進方策

PDMSの供給が開始され次第、速やかにPDMSナノシートを利用した有機太陽電池の作製に取り組む。PDMSの表面エネルギーが問題になる場合には、酸化プラズマ、UVオゾン処理等の表面エネルギーを上昇させる(撥水性をさげる)処理を行うことで、有機太陽電池を構成する高分子や電極材料が適切に製膜される状況を探索する。
材料面では、PDMSの弾性を1枚のフィルム上で変更させるための技術について、スピンコートやグラビアコートなどの各種塗布成膜手法において検討を重ねる。
上記と並行して、今後は有機太陽電池に印加しうる引張ひずみの最大値の評価と、構成する材料の中で最もその引張ひずみに影響を与えうる透明電極、インジウム酸化スズ(ITO)との関係性を精密に評価する。その後、ITO電極を他の透明電極に代替する、またはITOにパターンを施すことによりひずみを緩和させる手法のいずれか、または両方を採用し、最大ひずみに対する変化が起きるかどうかの評価を行う予定である。

  • 研究成果

    (22件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 7件、 招待講演 12件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Ultra-thin and Stretchable Rechargeable Devices with Organic Polymer Nanosheets Conformable to Skin Surface2019

    • 著者名/発表者名
      Hatakeyama-Sato, K., Wakamatsu, H., Yamagishi, K., Fujie, T., Takeoka, S., Oyaizu, K., Hiroyuki, N.
    • 雑誌名

      Small

      巻: 15 ページ: 1805209

    • DOI

      10.1002/smll.201805296

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Elastomer-based MEMS optical interferometric transducer for highly sensitive surface stress sensing for biomolecular detection2019

    • 著者名/発表者名
      Takahashi, K., Fujie, T., Teramoto, R., Takahashi, I., Sato, N., Takeoka, S., Sawada, K.
    • 雑誌名

      MRS Commun.

      巻: 9 ページ: 381-389

    • DOI

      10.1557/mrc.2019.11

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Printed Nanofilms Mechanically Conforming to Living Bodies2019

    • 著者名/発表者名
      Yamagishi, K., Takeoka, S., Fujie, T.
    • 雑誌名

      Biomater. Sci.

      巻: 7 ページ: 520-531

    • DOI

      10.1039/c8bm01290c

  • [雑誌論文] Durable Ultraflexible Organic Photovoltaics with Novel Metal-Oxide-Free Cathode2019

    • 著者名/発表者名
      Z. Jiang, K. Fukuda, W. Huang, S. Park, R. Nur, M. O. G. Nayeem, K. Yu, D. Inoue, M. Saito, H. Kimura, T. Yokota, S. Umezu, D. Hashizume, I. Osaka, K. Takimiya, and T. Someya
    • 雑誌名

      Advanced Functional Materials

      巻: 29 ページ: 1808378

    • DOI

      10.1002/adfm.201808378

  • [雑誌論文] High Operation Stability of Ultraflexible Organic Solar Cells with Ultraviolet-Filtering Substrates2019

    • 著者名/発表者名
      H. Kimura, K. Fukuda, H. Jinno, S. Park, M. Saito, I. Osaka, K. Takimiya, S. Umezu, and T. Someya
    • 雑誌名

      Advanced Materials

      巻: 31 ページ: 1808033

    • DOI

      10.1002/adma.201808033

  • [雑誌論文] Inkjet-Printed Neural Electrodes with Mechanically Gradient Structure2018

    • 著者名/発表者名
      Kokubo, N., Arake, M., Yamagishi, K., Morimoto, Y., Takeoka, S., Ohta, H., Fujie, T.
    • 雑誌名

      ACS Appl. Bio Mater.

      巻: 2 ページ: 20-26

    • DOI

      10.1021/acsabm.8b00574

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Extracellular pH imaging of a plant leaf with a polyelectrolyte multilayered nanosheet2018

    • 著者名/発表者名
      Someya, D., Arai, S., Takeoka, S., Fujie, T., Takeoka, S.
    • 雑誌名

      RSC Adv.

      巻: 8 ページ: 35651-35657

    • DOI

      10.1039/C8RA06308G

    • 査読あり
  • [雑誌論文] In situ Transplantation of Adipose Tissue-Derived Stem Cells Organized on Porous Polymer Nanosheets for Murine Skin Defects2018

    • 著者名/発表者名
      Nishiwaki, K., Aoki, S., Kinoshita, M., Kiyosawa, T., Suematsu, Y., Takeoka, S., Fujie, T.
    • 雑誌名

      J. Biomed. Mater. Res. B

      巻: 7 ページ: 3061-3168

    • DOI

      10.1002/jbm.b.34228

  • [学会発表] Printed Nanofilms for Bio-integrated System2019

    • 著者名/発表者名
      T. Fujie
    • 学会等名
      The 1st Workshop on Active Matter for Soft Robotics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Printed Nanofilms Mechanically Confroming to Living Bodies2019

    • 著者名/発表者名
      T. Fujie
    • 学会等名
      3D Lab Exchange Symposium
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Printed nanofilms for ultra-conformable biodevices2019

    • 著者名/発表者名
      T. Fujie
    • 学会等名
      NRF-JSPS Joint symposium on Method for construction and delivery of vascularized 3D-tissueI assure
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 超薄型有機デバイスを用いた自立駆動型センサ実現に向けた取り組み2019

    • 著者名/発表者名
      福田憲二郎, 染谷隆夫
    • 学会等名
      電気化学会第86回大会
    • 招待講演
  • [学会発表] Printed nanofilms for wearable and implantable devices2018

    • 著者名/発表者名
      T. Fujie
    • 学会等名
      NANOPIA 2018
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 高分子ナノ薄膜が拓くウェアラブル・インプランタブル技術2018

    • 著者名/発表者名
      藤枝 俊宣
    • 学会等名
      日本接着学会日本接着学会第14回関西支部若手の会
    • 招待講演
  • [学会発表] 生体貼付型エレクトロニクスの開発と展望2018

    • 著者名/発表者名
      藤枝 俊宣
    • 学会等名
      色材協会第15回色材IT講座
    • 招待講演
  • [学会発表] 薄くて軽い、有機太陽電池のもつ可能性2018

    • 著者名/発表者名
      福田憲二郎
    • 学会等名
      2018年度P&I研究会シンポジウム「2次元を飛び出した印刷技術」
    • 招待講演
  • [学会発表] Ultrathin and Light-Weight Organic Solar Cells as the Power Source for Soft Robots2018

    • 著者名/発表者名
      Kenjiro Fukuda and Takao Someya
    • 学会等名
      Materials Research Society (MRS) 2018 Fall Meeting & Exhibit, GI02.09.03
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Ultraflexible solar cells and photodetectors: towards conformal photonic systems2018

    • 著者名/発表者名
      Kenjiro Fukuda and Takao Someya
    • 学会等名
      International Conference on Emerging Advanced Nanomaterials (ICEAN) 2018
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] "私たちの活動に溶け込むデバイスの創生"2018

    • 著者名/発表者名
      福田憲二郎
    • 学会等名
      第8回CSJ化学フェスタ2018
    • 招待講演
  • [学会発表] "Stretchable and Waterproof Organic Solar Cells"2018

    • 著者名/発表者名
      Kenjiro Fukuda and Takao Someya
    • 学会等名
      IUMRS-ICEM 2018, Fr-F1-2,
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 染谷薄膜素子研究室 | 理化学研究所

    • URL

      http://rikensomeya.riken.jp/

  • [備考] 東京工業大学生命理工学院 藤枝研究室 - Google Sites

    • URL

      https://sites.google.com/view/fujie-laboratory/home

URL: 

公開日: 2019-12-27  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi