複写機事業の横展開！インクジェット製膜で競合優位性を高める【ペロブスカイト太陽電池の現在地 第4回】

Chematelsの連載「ペロブスカイト太陽電池の現在地」をお届けしています。第4回は、インクジェット印刷技術によるペロブスカイト太陽電池の開発についてです。リコーは、有機感光体関連の技術とインクジェット印刷の技術を組み合わせることで、ペロブスカイト太陽電池の製膜技術を高めるなどし、競合優位性を向上させようとしています。同社の利根哲也氏、兼為直道氏、田中裕二氏が寄稿します。

リコーは、基幹事業である電子写真複写機事業において優れた有機感光体に関する技術を先鋭化させており、有機半導体、光電変換材料、有機半導体生産の各技術で世界トップレベルを維持しています。

次世代の太陽電池として期待されるペロブスカイト太陽電池は、有機感光体と構造が類似していること、そのため優れた生産技術を展開しやすいこと、電荷発生原理・電荷輸送原理など適用できる要素技術が多いことから、有機感光体関連技術を展開させることで、いち早い事業展開を見込むことができます。

加えて、当社の強みであるインクジェット技術をこれらの技術と融合させることで、生産性・コスト競争力を有する次世代太陽電池技術に磨き上げることが可能となります。

当社はこれらの競合優位性を有する技術を融合させた「インクジェット印刷ペロブスカイト太陽電池」の開発に取り組み、2025年度にグリーンイノベーション（GI：Green Innovation）基金事業「次世代型太陽電池の開発／次世代型太陽電池実証事業」に採択されました。この記事ではリコーの強みを活用したペロブスカイト太陽電池技術について紹介します。

インクジェットプロセスは、「1兆分の1リットル」を表す「ピコリットル」サイズの微小滴を非接触で印刷する仕組みによるものであるため、用紙などメディアへの対応力が広く、印刷速度も高いという特徴があります。

リコーは多様な液物性に対応する自社のプリントヘッドに加え、さまざまな機能をもつ材料をインク化する技術を有するとともに、容易に模倣できない複雑性の高いヘッド・インクをプリンティングシステムとして成立させ、精密かつ正確にジェッティングするシステム技術を有しています。当社はこれらのインクジェット技術を磨き上げ、主幹事業を支えるコア技術として、オフィスをはじめ商用印刷・産業印刷といったさまざまな領域に展開しています（図2）。

この競合優位性の高いインクジェット技術を、ペロブスカイト太陽電池の製膜に適用することができれば、生産性・コストといった、社会実装に不可欠な要素について競合優位を実現することができます。それだけでなく、ペロブスカイト太陽電池の展開用途として期待される壁面設置に対して高い顧客ニーズとなっている意匠性についても強みを発揮することが可能となります。さらに、ロール状だったフィルムを加工装置に通してから再びロール状にするロール・トゥ・ロール工法にインクジェット技術を組み込むことで、さらなる生産性を向上させることができます。

当社では、インクジェット技術とペロブスカイト太陽電池技術とを融合した「インクジェット印刷ペロブスカイト太陽電池」の研究開発を進めています。宇宙航空研究開発機構（JAXA）の「宇宙探査イノベーションハブ」第８回研究提案募集（RFP：Request For Proposal）で採択を受けたプロジェクト「フレキシブルガラスを用いたRoll to Roll All-Inkjet塗布型 高耐久ペロブスカイト太陽電池シートの創出」では、以下に示すような優れた研究成果を得られました。

研究成果のハイライト

• 各機能層におけるインクジェット製膜による太陽電池特性の把握（2 mm角 変換効率η：～22％）
• 総膜厚45 μm の極薄封止デバイス（80 mm角 変換効率η：18％≒1キログラムあたり1112 W）
• 300mm角基板多セルモジュール・インクジェット印刷でのペロブスカイト層（PVKL：Perovskite absorption layer）の作製
• 1メガ電子ボルト電子線照射による着色性の少ないロール・トゥ・ロールプロセス適応可能な基材の獲得
• インクジェット印刷によるペロブスカイト層においても、1メガ電子ボルト電子線照射による太陽電池特性劣化なし
• 地上実装に関しては、80mm角ペロブスカイト太陽電池（スピンコート製膜）における実証実験を実施中
• 宇宙適応に関しては、大学衛星チームと共創活動を実施中

→ 38mm × 60mmペロブスカイト太陽電池（ペロブスカイト層のみインクジェット製膜）を小型衛星キューブサットへ実装し、宇宙空間での実証開始

また、インクジェット印刷にて製膜したペロブスカイト太陽電池の発電特性を評価するため、屋外設置したモジュールの各月における平均電流量をモニタリングするとともに、電流量と環境要因との相関を把握するため、ペロブスカイト太陽電池の横に照度センサーを設置し、平均照度データの収集も行いました。図3に2024年11月から6カ月間の電流量および照度の推移を示します。

この結果から分かるように、夏季に向かって照度が大きくなるにつれて平均電流量も上昇傾向を示し、比較的長期にわたる照度の変化に追従した電力産出がされることが示されました。この相関関係はペロブスカイト太陽電池が実用環境においても安定した光電変換特性を有することを示唆しているものと考えられます。

現在、リコーでは基幹事業である複写機事業で培った有機感光体技術とインクジェット技術を融合した「インクジェット印刷ペロブスカイト太陽電池」の技術を磨き上げることによって、ペロブスカイト太陽電池の迅速な普及に寄与したいと考えています。これまで設置が難しかった耐荷重性の低い屋根や壁面などの場所でのエネルギー創出や、モノのインターネット（IoT：Internet of Things）社会における各種センシングデバイスへの電力供給など、幅広い活用を通じて持続可能な社会の実現に貢献していく考えです。

次回は、ペロブスカイト太陽電池の特許をめぐる動向と知財戦略について、SK弁理士法人の奥野彰彦氏が解説する予定です。