太陽電池に自由なデザインとカラーリングを実現する「太陽電池向け加飾フィルム」をトヨタ自動車と共同開発

―自動車塗装技術を応用し、太陽電池にも彩を―

日本ペイントホールディングス株式会社（本社：東京都中央区、取締役会長 代表執行役 社長兼 CEO：田中正明）のグループ会社で自動車用塗料を手掛けている日本ペイント・オートモーティブコーティングス株式会社（本社：大阪府枚方市　以下、NPAC）は、トヨタ自動車株式会社　未来創生センター（以下、トヨタ）と共同で、太陽電池の表面にデザイン性と、カラーリングを実現させる「太陽電池向け加飾フィルム（以下、加飾フィルム）」を開発しました※1。

当該技術はNPACとトヨタが有する自動車用塗装技術を応用することにより、太陽電池の性能を維持しつつも光によって表情を変える、ピンク、ブルー、グリーンなど様々なデザインの実現に成功しました。　

さらに、2021年3月12日より、NPACとトヨタは、F-WAVE株式会社（本社： 東京都千代田区）と共同で、加飾フィルムをF-WAVE量産「軽量フレキシブル太陽電池」に実装し、加飾フィルムの各種耐久性、発電特性、および、意匠性の評価を目的に、F-WAVE熊本工場敷地内での実証実験を開始しています。

NPACは、今後も引き続き、周辺環境に配慮した意匠性の高い、新しい太陽電池のイメージを構築し、製品化を目指します。

加飾フィルム、および、実証実験の概要は以下の通りです。

開発した加飾フィルム

加飾フィルムを貼り付けた太陽電池

１．加飾フィルムについて
１－１．開発背景
再生可能エネルギーのひとつである太陽電池の普及が進むなか、その設置場所は建物の屋根上から壁面、モビリティなどへと広がりつつあります。そのため従来の黒色や紫色などの太陽電池に加えて、周囲の景観に合った高意匠の太陽電池のニーズが高まっています。通常、太陽電池をフィルムで覆うと太陽光が透過せず発電しなくなります。今回NPACとトヨタが開発した加飾フィルムは太陽光の大部分が透過できるため、太陽電池の発電量を大幅に損なうことなく、太陽電池をカラフルな色で加飾できるという特長があります。

１－２．発色方法について
人が物体の色を知覚するのは、光源からの光が物体にあたり、その物体が反射した光が網膜上の視細胞を刺激することによって「色（反射物体色）」として認識するためです。今回NPACとトヨタが開発した加飾フィルムに含まれる顔料は特定の波長の太陽光を反射することで人に「色」を認識させつつ、残りの太陽光は透過することができます。従ってこの加飾フィルムを太陽電池に装着すると、太陽電池の発電を確保しつつ、太陽電池を加飾することが可能です。

また、加飾フィルムに使用している顔料は、特定の波長を反射して発色する半透明の自動車塗装向けのものを利用しています。この顔料は鱗（うろこ）のような形状のため、色ムラなく均一な発色を実現するには、顔料が同一方向を向くよう配列させ、塗膜の厚みを高精度に均一（数マイクロメートル）にコントロールする必要があります。そこで、自動車外装を加飾ラッピングする樹脂フィルムの製造技術を応用し、透明樹脂の中に顔料を浮遊させ、顔料が同一方向に配列されるよう透明樹脂をシャープな刃で一方向に伸ばすことで、色ムラなく均一に発色する加飾フィルムを実現しました。

さらに、加飾フィルムの色は、使用する顔料の選定によって幅広く変化させることが可能であるとともに、印刷技術と融合することで木目やレンガ調、迷彩柄など意匠を表現できます。
                                                      

発色の概念図

 

加飾フィルムを均一に発色させる工夫　＊反射光のみ説明

１－3．発電量への影響について
今回開発した加飾フィルムは太陽光を透過するため、太陽電池に装着しても発電できるというメリットがあります。一方、発色のため加飾フィルムの表面でわずかに光が反射するため、約10％の発電量低下が発生します。例えば、加飾フィルムを装着した太陽電池は、加飾フィルム無しの場合と比べて、木目調（写真上）では約90％※2、緑色（写真下）では92％※2の発電量が確認されています。発電量の低下率は発色の濃さや色相によって異なります。

加飾フィルムをF-WAVEが量産する軽量フレキシブル太陽電池に実装した状態

木目調加飾フィルムを貼り付けた加飾太陽電池

単色フィルムを貼り付けた加飾太陽電池

１－４．加飾太陽電池の応用先

加飾フィルムは、幅広い色のバリエーションを持つため、周辺環境と調和した色や意匠性を再現することが可能です。例えば、軽量な太陽電池に加飾フィルムを装着すれば、店舗や家屋壁面やモビリティの外板などへの搭載が期待されます。またシート状の太陽電池に装着すれば、いままで太陽電池を設置できなかった衣類や鞄、アウトドアグッズなどへの活用が期待されます。

２．実証実験について
今回開発した加飾フィルムは、自動車塗装向け顔料を主体としているため、高い耐久性と意匠性が期待されます。実環境での各種耐久性、発電特性、および、周辺環境への意匠の調和の評価を目的に、F-WAVE熊本工場敷地内で実証実験を開始しました。本実証実験から得られた知見をもとに、より環境に調和した太陽光発電の実現に向け開発を進めてまいります。

実証目的	加飾太陽電池の発電特性と色褪せなどの耐久性の評価
実証期間	2021年3月12日 ～ 2022年3月 ※予定
実施場所	F-WAVE熊本工場
実証に用いる太陽光電池モジュール	・木目調加飾 ・青色に単色加飾 ・緑色に単色加飾 ・ピンク色に単色加飾 ・加飾無し

 

木目調加飾フィルムを実装したフレキシブル太陽電池の実証実験風景

単色加飾フィルムを実装したフレキシブル太陽電池の実証実験風景

 

※1　T. Masuda 他　IEEE Journal of Photovoltaics 8 (5), 1326-1330, 2018
　　  T. Masuda 他　Coatings 8 (8), 282, 2018
※2　複数の測定結果の平均的な値を示しています。

■参考　共同研究先リリース
• トヨタ自動車株式会社　未来創生センター
　　https://www.toyota.co.jp/jpn/tech/partner_robot/news/20210330_01.html
　• F-WAVE株式会社
　　https://www.fwave.co.jp/news/498

以上
 

日本ペイントグループはおかげさまで140周年を迎えました 1881年創業、国内で最も長い歴史を誇る総合塗料メーカーとして、今年創業140周年を迎えました。 創業時から引き継がれている企業理念に基づき、抗ウイルス塗料の開発等、社会課題に向き合い、 塗料、コーティング技術の研究開発を進めております。