Дослідники з RIKEN Center for Emergent Matter Science та їхні партнери створили гнучку водонепроникну органічну фотоелектричну плівку. Ця інноваційна плівка дозволяє інтегрувати сонячні батареї в одяг, зберігаючи функціональність навіть після впливу дощу або циклів прання.
Одним із потенційних застосувань органічної фотоелектричної енергії є створення переносної електроніки — пристроїв, які можна прикріпити до одягу, які можуть контролювати, наприклад, медичні пристрої, не вимагаючи заміни батареї. Однак дослідники виявили, що важко досягти водонепроникності без використання додаткових шарів, які в кінцевому підсумку зменшують гнучкість плівки.
Прорив у фотоелектричних технологіях
Тепер у роботі, опублікованій у Nature Communications, група вчених змогла зробити саме це. Вони взяли на себе завдання подолання основного обмеження попередніх пристроїв, яке полягає в тому, що їх важко зробити водонепроникними без зменшення гнучкості. Фотоелектричні плівки зазвичай складаються з кількох шарів. Існує активна система, яка вловлює енергію певної довжини хвилі сонячного світла та використовує цю енергію для розділення електронів і «електронних дірок» на катод і анод. Потім електрони та дірки можуть знову з’єднатися через ланцюг, виробляючи електрику. У попередніх пристроях шар, що транспортує електронні дірки, зазвичай створювався послідовно шляхом нашарування.
Однак для поточної роботи дослідники нанесли анодний шар, у цьому випадку срібний електрод, безпосередньо на активні шари, створюючи кращу адгезію між шарами. Вони використовували процес термічного відпалу, витримуючи плівку на повітрі при 85 градусах Цельсія протягом 24 годин. За словами Сісін Сюн, першого автора статті, «було складно сформувати шар, але ми були щасливі, що це зробили, і врешті змогли створити плівку товщиною всього 3 мікрометри, і ми дивилися з нетерпінням чекаю результатів тестів».
Те, що група побачила під час тестування, було дуже обнадійливим. Спочатку вони повністю занурили плівку у воду на чотири години та виявили, що вона все ще має 89 відсотків початкових характеристик. Потім вони розтягнули плівку на 30 відсотків у 300 разів під водою і виявили, що навіть із таким покаранням вона зберегла 96 відсотків своїх характеристик. В якості останнього випробування вони запустили його в пральну машину, і він витримав ці випробування, чого ніколи раніше не було.
За словами Кендзіро Фукуди, одного з відповідних авторів статті, «те, що ми створили, — це метод, який можна використовувати більш загально. Дивлячись у майбутнє, покращуючи стабільність пристроїв в інших сферах, таких як вплив повітря, сильного світла та механічних навантажень, ми плануємо продовжити розвиток наших ультратонких органічних сонячних елементів, щоб їх можна було використовувати для дійсно практичних пристроїв, які можна носити.»