科学家研制出一种可以弯曲并浸泡在水中的太阳能电池

有机光伏技术的潜在用途之一是制造可穿戴电子设备–例如,可以贴在衣服上监测医疗设备的设备,而无需更换电池。然而,研究人员发现,要想在不使用额外层的情况下实现防水功能,难度很大,因为这最终会降低薄膜的柔韧性。理化学研究所新兴物质科学中心的研究人员及其合作伙伴创造出了一种柔韧、防水的有机光伏薄膜。这种创新薄膜可以将太阳能电池集成到衣服中,即使在雨淋或水洗后也能保持功能。

科学家研制出一种可以弯曲并浸泡在水中的太阳能电池

现在,一组科学家在《自然-通讯》(Nature Communications)上发表的研究成果恰恰做到了这一点。他们面临的挑战是克服以往设备的一个关键局限,即很难在不降低灵活性的情况下使其防水。光伏薄膜通常由几层组成。一层是有源层,它从太阳光中捕捉一定波长的能量,并利用这种能量将电子和”电子空穴”分离成阴极和阳极。然后,电子和空穴可以通过电路重新连接,产生电能。在以前的设备中,传输电子空穴的层通常是通过分层的方式依次形成的。

科学家研制出一种可以弯曲并浸泡在水中的太阳能电池科学家研制出一种可以弯曲并浸泡在水中的太阳能电池

不过,在目前的工作中,研究人员将阳极层(在本例中为银电极)直接沉积在活性层上,从而在各层之间形成更好的附着力。他们采用了热退火工艺,将薄膜暴露在摄氏85 度的空气中 24 小时。论文的第一作者熊思兴说:”形成这一层很有挑战性,但我们很高兴能完成这一任务,最终能制作出厚度仅为3微米的薄膜,我们期待看到测试结果。”

测试结果令人鼓舞。首先,他们将薄膜完全浸泡在水中四个小时,发现它仍然保持了最初性能的 89%。然后,他们将薄膜在水下拉伸30%多达300次,结果发现即使受到这样的耐力测试,薄膜仍然保持了 96% 的性能。在最后的测试中,他们将薄膜放入洗衣机中进行循环洗涤,结果薄膜经受住了考验,这在以前是从未有过的。

科学家研制出一种可以弯曲并浸泡在水中的太阳能电池

论文通讯作者之一 Kenjiro Fukuda 说:”我们所创造的是一种可以更广泛使用的方法。展望未来,通过提高设备在其他方面的稳定性,如暴露于空气、强光和机械应力,我们计划进一步开发我们的超薄有机太阳能电池,使其能够用于真正实用的可穿戴设备。”

编译来源:ScitechDaily

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