Challenge to improve the efficiency of a droplet-based electricity generator by controlling the surface and interface and its application to solar cells that generate electricity even in the rain

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究では、水滴が樹脂表面に接触し摩擦帯電する現象と、帯電した水滴が金属電極に接触した際の放電を利用した発電機を研究対象として、表面・界面の制御など高効率化のための要素技術開発を進めている。対象とする発電機は、透明導電性酸化膜を堆積させたガラス基板上へ、摩擦帯電膜と表面電極を製膜したものを基本構造とする。透明導電膜と表面電極には、いずれも高周波マグネトロンスパッタリング法により作製するスズドープ酸化インジウム薄膜を用いた。摩擦帯電膜としては、フッ素化エチレンプロピレン（FEP）フィルムを用いた。FEPフィルムは、水滴と接触することで摩擦電力を発生し、負電荷を蓄える材料として機能する。本年度は、水滴による発電性能の評価システムとして、定量の水を滴下した際に、表面の動画撮影と、電流および電圧測定が可能なシステムを構築した。発電性能向上に向けては、摩擦帯電膜の誘電率、表面電荷密度、摩擦帯電膜の膜厚、水滴の濡れ性（接触面積や表面滞留に関係）等を適切に制御することが要請される。そこで、下部電極とFEPフィルムの間へのエレクトレット材料の挿入、エレクトレット材料への電荷注入、ガラス基板表面のパターニングなどを着想し、その効果を検討した。エレクトレット材料としては、市販されている非晶質フッ素樹脂を用いた。その結果、エレクトレット材料による帯電電荷の増加と摩擦帯電膜の表面積増加により、標準試料と比較して高い発電性能が得られることを実証した。