日本理化学研究所物理学家开发的一种太阳能电池可以拉伸，而不会对其将光转化为电的能力产生很大影响。因此，它有望为下一代可穿戴电子产品提供动力。
如今的智能手表可以监测一系列令人印象深刻的健康指标，而针对特定医疗应用的更专业的可穿戴设备也正在开发中。但这些设备需要定期充电。
为了消除这种需求，研究人员正在寻求开发柔性、可穿戴太阳能电池。然而，至关重要的是要确保这些太阳能电池的性能不会在日常生活中因身体运动而拉伸时下降。
“我们专注于制造非常薄、柔韧的设备。但这种设备本身不具备可拉伸性，”理化学研究所新兴物质科学中心的 Kenjiro Fukuda 解释道。“相反，它们类似于用来包裹食物的保鲜膜——你也许可以将它们拉伸 1% 或 2%，但不可能拉伸 10%，因为它们很容易撕裂。”
福田和他的团队正在尝试通过开发本质上可拉伸的太阳能电池来克服这一问题。
“我们的方法非常简单——我们在设备的每个功能层上都使用可拉伸材料，”福田说。“虽然概念简单，但方法却极具挑战性，因为我们必须在每层的可拉伸性和性能之间取得平衡。”
现在，福田和他的同事们已经开发出一种高性能柔性太阳能电池，它具有出色的可拉伸性。这项研究发表在《自然通讯》杂志上。
当太阳能电池被拉伸50%（即被拉伸至其原始未拉伸长度的1.5倍）时，电池的能量转换效率仅下降20%。此外，当其被拉伸10%、100倍时，电池的能量转换效率仍可保持其初始能量转换效率的95%。
实现这种器件可拉伸性的关键在于团队在太阳能电池的电极层中加入了一种名为 ION E 的有机化合物。他们添加 ION E 是为了增强电极的可拉伸性，但他们发现它还有另一个意想不到的好处——它增强了电极与其上下层之间的附着力。
“这对我们来说是个惊喜，”福田说。“我们没有想到 ION E 能够增强层与层之间的粘合力。”
由于这两种效应，电极可以吸收其上方活性层（将光转换成电子）的部分应变，从而提高整个设备的可拉伸性。
福田指出，长期目标是制造出一种可拉伸、面积大的有机太阳能电池。“实现这一目标的一个障碍是用于传输所产生电能的聚合物的导电性较低，”他说。“我们现在正在寻找克服这一瓶颈的方法。”
发表于 2024-10-11 16:43:00