JP2017017136A

JP2017017136A - 布帛状太陽電池

Info

Publication number: JP2017017136A
Application number: JP2015131224A
Authority: JP
Inventors: 和義杉野; Kazuyoshi Sugino; 佳加池田; Yoshika Ikeda
Original assignee: Suminoe Textile Co Ltd
Current assignee: Suminoe Textile Co Ltd
Priority date: 2015-06-30
Filing date: 2015-06-30
Publication date: 2017-01-19

Abstract

【課題】天然繊維や化学繊維とともに織物の経糸や緯糸に利用することができ、風合いやドレープ性の低下を抑制しながら柔軟な布帛状太陽電池を提供する。
【解決手段】布帛状太陽電池１は、経糸２と緯糸３とで組織させる織物の少なくとも緯糸３の一部に太陽光発電糸３−１を備える。緯糸３は、太陽光発電糸３−１と補助用糸３−２との引き揃えが好ましく、補助用糸３−２の直径は、太陽光発電糸３−１の直径の０．５倍〜１．５倍である。
【選択図】図１

Description

本発明は、繊維布帛の緯糸に太陽光発電糸を備えた軽量で柔軟性を有する布帛状太陽電池に関する。

地球温暖化を抑制するために太陽光エネルギーを直接電力に変換する太陽電池を利用した太陽光発電の普及が期待されている。

特許文献１には、高分子太陽電池に関する技術としては、導電性繊維よりなる布帛を電極とし、その繊維上に高分子光電位誘起層と集電極とを形成してなる高分子太陽電池、さらに、織物の経糸と緯糸の両方を導電性繊維とし、その一方に高分子光電位誘起層を形成し、他方に集電極とした高分子太陽電池が記載されている。

また、出願人は耐久性に優れ、柔軟で高効率な発電性能を発揮する光発電糸として、特許文献２に導電糸の周囲に中心側から順に、活性層、導電性高分子層及び厚さ０．１μｍ〜５０μｍの熱可塑性樹脂層を導電糸の直径の１／２０〜１／５とする光発電糸に関する技術を開示している。

特開平５−３６９９９号公報特開２０１２−２３４９５９号公報

しかしながら、特許文献１の太陽電池は、導電性繊維よりなる布帛上に高分子光電位誘起層を浸漬等により形成するもであって、織物により構成され、比表面積が大きな構造等であり優れたものであるが、織物布帛を構成する天然繊維や化学繊維の風合いやドレープ性が低下してしまうという問題があった。

また、例えば特許文献２の光発電糸は、繊維状発電糸として天然繊維や化学繊維とともに織物の経糸や緯糸に利用され人に優しい身近な太陽電池布帛への期待が高まっている。

本発明は、かかる技術的背景に鑑みてなされたものであって、天然繊維や化学繊維とともに織物の経糸や緯糸に利用することができ、風合いやドレープ性の低下を抑制しながら柔軟な布帛状太陽電池を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。

［１］織物において、少なくとも緯糸の一部に太陽光発電糸を備えることを特徴とする布帛状太陽電池。

［２］前記緯糸が、太陽光発電糸と補助用糸との引き揃えである前項１に記載の布帛状太陽電池。

［３］前記補助用糸の直径が、前記太陽光発電糸の直径の０．５倍〜１．５倍である前項１又は２に記載の布帛状太陽電池。

［４］前記織物の織組織が、平織、朱子織、綾織からなる群より選ばれる１種の織組織である前項１〜３のいずれか１項に記載の布帛状太陽電池。

［５］前記太陽光発電糸が、繊維状基材の表面に略同芯円状に順に発電層、封止層が積層され、前記発電層と前記封止層との間に電極又は電極線を備えてなる前項１〜４のいずれか１項に記載の布帛状太陽電池。

［１］の発明では、天然繊維や化学繊維とともに織物の緯糸の少なくとも一部に太陽光発電糸を備えるので、織物の風合いやドレープ性の低下を抑えることができ、軽量で通気性を有し柔軟な布帛状でしかも優れた発電性能を発揮する太陽電池とすることができる。

［２］の発明では、太陽光発電糸と補助用糸とを引き揃えて緯糸として織物を組織するので、補助用糸として天然繊維や化学繊維を含め様々な形状や素材の糸を選択することができるので、柔軟な布帛状でありながら太陽光発電糸を保護、補強等することができる。

［３］の発明では、補助用糸の直径が太陽光発電糸の直径の０．５倍〜１．５倍なので、織密度及びドレープ性を維持することができる。

［４］の発明では、織物の織組織が、平織、朱子織、綾織からなる群より選ばれる１種の織組織なので、太陽光発電糸が光を十分受けることができるので、十分に発電できる太陽電池とすることができる。

［５］の発明では、太陽光発電糸が繊維状基材の表面に略同芯円状に順に発電層、封止層が積層され、発電層と封止層との間に電極又は電極線を備えてなるので、優れた発電性能を発揮する太陽電池とすることができる。

本発明の一実施形態を示す断面図本発明の別の一実施形態を示す断面図本発明のさらに別の一実施形態を示す断面図図１に示す本発明の一実施形態の織物組織図他の織物組織図

次に、この発明に係る布帛状太陽電池の一実施形態を図１に示す。この発明の布帛状太陽電池１は、経糸２と緯糸３とで組織させる織物の少なくとも緯糸３の一部に太陽光発電糸３−１を備えることを特徴とする。

前記経糸２の素材としては特に限定されず、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ポリプロピレン繊維、アクリル繊維、レーヨン繊維等の合成繊維からなるもの等を好適に使用でき、その他麻、綿、羊毛等の天然繊維からなるもの等も使用できる。なかでも強度、耐摩耗性及び弾性の点でポリエステル繊維が好ましい。また、総繊度は２０ｄｔｅｘ〜８００ｄｔｅｘが好ましく、さらには５０ｄｔｅｘ〜７００ｄｔｅｘが好ましい。

前記緯糸３の素材としては特に限定されず、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ポリプロピレン繊維、アクリル繊維、レーヨン繊維等の合成繊維からなるもの等を好適に使用でき、その他麻、綿、羊毛等の天然繊維からなるもの等も使用でき、緯糸３の一部に太陽光発電糸３−１を備えればよい。すなわち、緯糸３として、太陽光発電糸３−１を少なくとも一部に用いればよく、全部に用いてもよいし、１本おきであっても２本おきであってもよいし、それらの組合せであってもよいし、任意であってもよい。また、織物の幅方向すべてであってもよいし、一部であってもよい。こうして、織物の風合いやドレープ性の低下を抑えることができ、柔軟な布帛状でしかも優れた発電性能を発揮する太陽電池とすることができる。

また、これらの素材と太陽光発電糸３−１とを撚糸し、あるいは引き揃えて緯糸３として織物にしてもよい（図２）。なお、補助用糸３−２と太陽光発電糸３−１との引き揃えが好ましい。この場合補助用糸３−２は複数本であってもよいし（図３）、太陽光発電糸３−１が複数本であってもよい。

前記太陽光発電糸３−１としては、特に限定されず、シリコン系、無機系化合物、有機系化合物の太陽電池を挙げることができる。例えば、シリコン系太陽電池としては、単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池を挙げることができる。無機系化合物太陽電池としては、ＣＩＳ系（銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、セレン（Ｓｅ）などからなる化合物半導体でつくられる）太陽電池、ＧａＡｓ系太陽電池、ＣｄＴｅ系太陽電池を挙げることができる。有機系化合物太陽電池としては、色素増感太陽電池、有機薄膜太陽電池を挙げることができる。なかでも、繊維状基材の表面に略同芯円状に順に発電層、封止層が積層され、発電層と封止層との間に電極又は電極線を備えてなる光発電糸は、多方向からの光を利用することができ、優れた発電性能を発揮する太陽電池とすることができるので好ましい。また、前記太陽光発電糸３−１の直径としては、１００μｍ〜３００μｍが好ましい。

前記補助用糸３−２としては、特に限定されず、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ポリプロピレン繊維、アクリル繊維、レーヨン繊維等の合成繊維からなるもの等を好適に使用でき、その他麻、綿、羊毛等の天然繊維からなるもの等も使用できるが、太陽光発電糸３−１を織物組織上補助し、保護、補強できる糸が好ましい。上述の効果に加え、光を散乱または反射し隣接する太陽光発電糸３−１に対し光を供給する繊維が好ましい。なお、補助用糸３−２として、補強用に１本、光を散乱または反射用に１本を太陽光発電糸３−１と引き揃えてもよい。また、金糸、銀糸、ラメ糸を用いてもよい。これらの糸によって光が散乱または反射されるので好ましく、形状としては特に限定しないが凹状の扁平糸が好ましい。

また、前記補助用糸３−２の直径は、前記太陽光発電糸の直径の０．５倍〜１．５倍のであることが好ましく、この範囲にすることで織密度およびドレープ性を維持することができる。したがって、総繊度としては２０ｄｔｅｘ〜２８００ｄｔｅｘが好ましい。

前記織物の織組織が、平織、朱子織、綾織からなる群より選ばれる１種の織組織であることが好ましい。図４は、図１の実施形態の織物組織図、すなわち平織の組織図であり、図５は、朱子織（５飛び８枚、よこ朱子）の組織図である。平織は単純でありながらしっかりとした組織となるので、太陽光発電糸３−１を確実に織り込めるうえ、織物の組織点が５０％を占めるので、太陽光発電糸が光を受け、発電できる太陽電池とすることができるので好ましい。また、朱子織は組織点が少ないので、布帛状太陽電池上の受光面を増やせるので好ましく、例えば、よこ朱子とすることで経糸と緯糸の太さにもよるが、布帛状太陽電池上の約９０％を太陽光発電糸の受光面とすることができるので好ましい。朱子織は５〜１６枚朱子が好ましい。こうして、太陽光発電糸が光を十分受けることができるので、十分に発電できる太陽電池とすることができる。

この発明の布帛状太陽電池は、公知の織機を用いて製織することができる。例えば、有杼織機、レピア織機をもちいて、緯糸に太陽光発電糸３−１を用いて組織すればよい。上述のように太陽光発電糸３−１と補助用糸３−２とを撚糸または引き揃えて用いればよい。それぞれ１本でも２本以上で撚糸または引き揃えて用いてもよい。なお、太陽光発電糸３−１は、機上で経糸と左右の耳糸の幅よりも長いのが好ましい。太陽光発電糸３−１を長くすることで、製織時間の短縮や緯糸の挿入が容易になる。

本発明の布帛状太陽電池の下層に反射シート状物として、例えばアルミ蒸着シートを積層しても良い。布帛状太陽電池や織物の糸の間を透過してきた光をアルミ蒸着シートが反射するので、太陽光発電糸３−１に光を供給することができるので、発電性能の向上に貢献することができる。

次に、本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例のものに特に限定されるものではない。実施例に記載の開口率は、単位面積当たりの布帛状太陽電池表面において太陽光発電糸が占める面積割合を示す値である。なお、この発明の実施例として使用した経糸、太陽光発電糸と補助用糸及び織組織は次の通りである。

＜使用材料＞
経糸・・・総繊度３５０ｄｔｅｘポリエステル繊維
太陽光発電糸・・・有機系の発電糸（直径１９０μｍ）
織組織・・・よこ朱子（８枚朱子織）

＜実施例１＞
公知の織機にて、緯糸として直径１９０μｍの有機系太陽光電池糸を用い、よこ朱子（８枚朱子織）で製織し布帛状太陽電池を得た。得られた布帛状太陽電池の発電糸の開口率は８８％で、緯糸の織込本数は２６本／ｃｍであった。発電性能及び剛軟性をそれぞれ測定し評価した。発電性能、剛軟性の両方とも「◎」で合格であった。なお、結果を表１に示す。

＜実施例２＞
実施例１において、緯糸として直径１９０μｍの有機系太陽光電池糸と総繊度３５０ｄｔｅｘのポリエステル繊維を引き揃えて用いた以外は、実施例１と同様にして布帛状太陽電池を得た。得られた布帛状太陽電池の発電糸の開口率は８８％で、緯糸の織込本数は２６本／ｃｍであった。発電性能及び剛軟性をそれぞれ測定し評価した。発電性能、剛軟性の両方とも「◎」で合格であった。

＜実施例３＞
実施例２において、総繊度が３５０ｄｔｅｘに替えて総繊度が１４０ｄｔｅｘのポリエステル繊維を経糸に用い、織組織を８枚朱子織に替えて平織とした以外は実施例２と同様にして布帛状太陽電池を得た。得られた布帛状太陽電池の発電糸の開口率は７５％で、緯糸の織込本数は５２本／ｃｍであった。なお、発電性能、剛軟性の両方とも「◎」で合格であった。

＜実施例４＞
実施例２において、有機系太陽電池糸に替えてシリコン系太陽電池糸を用い、緯糸として総繊度３５０ｄｔｅｘに替えて総繊度が４７ｄｔｅｘのポリエステル繊維２本と直径１９０μｍのシリコン系太陽光電池糸とを引き揃えて用いた以外は、実施例２と同様にして布帛状太陽電池を得た。得られた布帛状太陽電池の発電糸の開口率は８８％で、緯糸の織込本数は２６本／ｃｍであった。なお、発電性能、剛軟性の両方とも「◎」で合格であった。

＜実施例５＞
実施例２において、有機系太陽電池糸に替えて無機系太陽電池糸を用い、織組織を８枚朱子織に替えて１６枚朱子織とした以外は実施例２と同様にして布帛状太陽電池を得た。得られた布帛状太陽電池の発電糸の開口率は９４％で、緯糸の織込本数は２６本／ｃｍであった。なお、発電性能、剛軟性の両方とも「◎」で合格であった。

＜実施例６＞
実施例２において、総繊度が３５０ｄｔｅｘに替えて総繊度が１４０ｄｔｅｘのポリエステル繊維を経糸に用い、緯糸として直径１９０μｍに替えて２４０μｍの有機系太陽光電池糸と総繊度３５０ｄｔｅｘに替えて繊度が４７ｄｔｅｘで全光透過率５０％のポリエステル扁平糸とを撚糸（２０回／ｃｍ）し、織組織を８枚朱子織に替えて平織とした以外は実施例２と同様にして布帛状太陽電池を得た。得られた布帛状太陽電池の発電糸の開口率は、補助用糸の全光透過率相当分４％を加えて４６％であった。また緯糸の織込本数は２０本／ｃｍであった。なお、発電性能は「○」、剛軟性は「◎」でいずれも合格であった。

＜実施例７＞
実施例２において、直径１９０μｍに替えて１２０μｍの有機系太陽光電池糸を用い、緯糸として総繊度３５０ｄｔｅｘに替えて総繊度が１４０ｄｔｅｘのポリエステル繊維を用い、織組織を８枚朱子織に替えて綾織とした以外は実施例２と同様にして布帛状太陽電池を得た。得られた布帛状太陽電池の発電糸の開口率は５０％で、緯糸の織込本数は３２本／ｃｍであった。なお、発電性能は「○」、剛軟性は「◎」でいずれも合格であった。

＜比較例１＞
実施例１において、太陽光電池糸を用いずに総繊度３５０ｄｔｅｘのポリエステル繊維だけを緯糸として製織した以外は実施例１と同様にして布帛を得た。この布帛は風合い優れるものの、発電性は認められず、発電性能は「×」で不合格、剛軟性は「◎」合格であった。

＜比較例２＞
実施例１で用いた有機系太陽光電池糸を重ならないように横一列に並べ、接着剤で相互に接着し、
シート状の太陽光電池を得た。このシート状太陽電池の発電糸の開口率は１００％で、有機系太陽光電池糸に直行する方向の有機系太陽光電池糸の本数は５２本／ｃｍであった。このシート状太陽光電池は、発電性能は優れるものの、柔軟性に欠けているため、発電性能は「◎」で合格、剛軟性は「×」不合格であった。

＜発電性能評価＞
擬似太陽光（ＡＭ１．５１００ｍＷ／ｃｍ^２エアマスフィルタを装着したソーラーシミュレーター（分光計器株式会社製）ＯＴＥＮＴＯ−ＳＵＮＩＩＩ）を照射し、ソースメーターユニット（ＫＥＩＴＨＬＥＹ２４００）用いて、布帛状太陽電池の出力（μＷ／ｃｍ^２）を測定した。発電糸の出力が、発電糸１本当たり５μＷで、布帛状太陽電池の単位面積（ｃｍ^２）当たりの出力が１００μＷ以上を「◎」、５０μＷ以上１００μＷ未満を「○」、５０μＷ未満を「×」とした。なお、「○」以上を合格とした。

＜剛軟性評価＞
ＪＩＳＬ１０９６の４５°カンチレバー法に準拠し測定した。すなわち、緯糸の方向を幅方向として幅２．５ｃｍ×長さ１５ｃｍサイズの試験片を、４５°の斜面を持つ滑らかな平面台からその一端を緩やかに斜面の上に押し出し、その端が斜面に接した時の試験片の押し出された長さをもって剛軟度とする。剛軟度が８０ｍｍ未満を「◎」、８０ｍｍ以上１２０ｍｍ未満を「○」、１２０ｍｍ以上を「×」とした。なお、「○」以上を合格とした。

表１から明らかなように、本発明の布帛状太陽電池は、風合いやドレープ性を有し、すなわち柔軟な布帛状でしかも優れた発電性能を発揮する優れた太陽電池であった。

これに対して比較例１の布帛は、織物として柔軟であるが、当然発電性は認められず、また、比較例２のシート状の太陽光電池は、発電性能は優れるものの、柔軟性に欠けていた。比較例１、２のいずれも、柔軟性と発電性能の両方を満足するものではなかった。

本発明の布帛状太陽電池は、柔軟な布帛状でしかも優れた発電性能を発揮するので、平面形状に限らず曲面を有する部位に対しても自由にも用いることができ、かつ、ウェアラブルとして使用できる太陽電池として用いられる。

１…布帛状太陽電池
２…縦糸
３…緯糸
３−１…太陽光発電糸
３−２…補助用糸

Claims

織物において、少なくとも緯糸の一部に太陽光発電糸を備えることを特徴とする布帛状太陽電池。
前記緯糸が、太陽光発電糸と補助用糸との引き揃えである請求項１に記載の布帛状太陽電池。
前記補助用糸の直径が、前記太陽光発電糸の直径の０．５倍〜１．５倍である請求項１又は２に記載の布帛状太陽電池。
前記織物の織組織が、平織、朱子織、綾織からなる群より選ばれる１種の織組織である請求項１〜３のいずれか１項に記載の布帛状太陽電池。
前記太陽光発電糸が、繊維状基材の表面に略同芯円状に順に発電層、封止層が積層され、前記発電層と前記封止層との間に電極又は電極線を備えてなる請求項１〜４のいずれか１項に記載の布帛状太陽電池。