Исследователи из Центра исследований возникающих веществ RIKEN и их партнеры создали гибкую водонепроницаемую органическую фотоэлектрическую пленку. Эта инновационная пленка позволяет встраивать солнечные батареи в одежду, сохраняя функциональность даже после воздействия дождя или циклов стирки.
Одним из потенциальных применений органической фотоэлектрики является создание носимой электроники — устройств, которые можно прикреплять к одежде и которые могут контролировать медицинские приборы, например, не требуя замены батареек. Однако исследователи обнаружили, что добиться гидроизоляции без использования дополнительных слоев сложно, что в конечном итоге снижает гибкость пленки.
Прорыв в фотоэлектрических технологиях
Теперь, в работе, опубликованной в Nature Communications, группа ученых смогла сделать именно это. Они взяли на себя задачу преодолеть ключевое ограничение предыдущих устройств, заключающееся в том, что их трудно сделать водонепроницаемыми без снижения гибкости. Фотоэлектрические пленки обычно состоят из нескольких слоев. Существует активный фотоэлемент, который улавливает энергию определенной длины волны от солнечного света и использует эту энергию для разделения электронов и “электронных дырок” на катод и анод. Затем электроны и дырки могут повторно соединяться по цепи, вырабатывая электричество. В предыдущих устройствах слой, транспортирующий электронные дырки, обычно создавался последовательно путем наслоения.
Однако для текущей работы исследователи нанесли анодный слой, в данном случае серебряный электрод, непосредственно на активные слои, создавая лучшую адгезию между слоями. Они использовали процесс термического отжига, подвергая пленку воздействию воздуха при температуре 85 градусов Цельсия в течение 24 часов. По словам Сиксин Сюн, первого автора статьи, “Сформировать слой было непросто, но мы были счастливы, что справились с этим, и в конце концов смогли создать пленку толщиной всего 3 микрометра, и мы с нетерпением ждали результатов испытаний”.
То, что группа увидела в ходе тестирования, было очень обнадеживающим. Сначала они полностью погрузили пленку в воду на четыре часа и обнаружили, что ее производительность по-прежнему составляет 89 процентов от первоначальной. Затем они подвергли пленку растягиванию на 30 процентов 300 раз под водой и обнаружили, что даже при таком воздействии она сохранила 96 процентов своих характеристик. В качестве последнего теста они пропустили ее через цикл стирки в стиральной машине, и она выдержала испытание, чего раньше никогда не удавалось.
По словам Кэндзиро Фукуда, одного из авторов статьи, “То, что мы создали, - это метод, который можно использовать в более широком смысле. Заглядывая в будущее, мы планируем улучшить стабильность устройств в других областях, таких как воздействие воздуха, яркого света и механических нагрузок, и в дальнейшем развивать наши ультратонкие органические солнечные элементы, чтобы их можно было использовать для действительно практичных носимых устройств ”.