Исследователи из Института физико-химических исследований Японии (RIKEN) и Токийского университета создали новый тип ультратонких фотоэлектрических устройств, покрытых с обеих сторон растяжимыми и водонепроницаемыми пленками. Благодаря этому, такие солнечные панели могут производить электричество, даже когда они находятся в скомканном состоянии или под водой.
Данная разработка уже в ближайшем будущем может привести к созданию новых типов устройств, которые люди смогут носить каждый день и не заряжать от розетки. Это могут быть датчики состояния здоровья, встроенные в одежду, или носимые на теле – они будут регистрировать сердечные сокращения и температуру тела, а в случае приступа подавать сигнал в «скорую».
Ранее ученые уже пытались создать фотовольтаику, которая могла бы вплетаться в текстиль, но обычно такой ткани не хватало долгосрочной стабильности в воде или на воздухе, прочности, энергоэффективности и устойчивости к деформации.
Но в новой работе члены японской исследовательской группы разработали очень гибкие и тонкие органические фотогальванические элементы на основе материала под названием PNTz4T, который они создали в предыдущих работах. Они депонировали устройство в обратной архитектуре, которую они предварительно разработали, на парилентную пленку толщиной 1 мкм. Затем ультратонкое устройство помещали в эластомер на основе акриловой кислоты, после чего оно с обеих сторон было полностью защищено от проникновения воды или воздуха. При этом эластомер позволяет свету свободно проникать внутрь.
Затем исследователи подвергли устройство различным тестам и обнаружили, что оно имеет высокую энергетическую эффективность 7,9% , создавая ток 7,86 милливатт на квадратный сантиметр. При этом плотность тока составляла 13,8 миллиампер на квадратный сантиметр при 0,57 вольта (при лабораторном освещении 100 милливатт на квадратный сантиметр). Чтобы проверить его устойчивость к воде, ультратонкую солнечную панель погрузили в воду на два часа и обнаружили, что эффективность снизилась всего на 5,4%. Также фотоэлектрическую пленку подвергли сжатию: после сжатия почти наполовину в течение двадцати циклов и при наличии капель воды на поверхности, ее КПД по-прежнему составлял 80% от первоначального.
По словам Кенджиро Фукуда из Центра исследований новых материи RIKEN, их устройство обладает большой устойчивостью к воздействию окружающей среды и одновременно хорошей эффективностью и механической прочностью.
— Мы очень надеемся, что эта моющаяся, легкая и растяжимая органическая фотовольтаика откроет новый путь для использования в качестве долговременной системы источников питания для носимых датчиков и других устройств, — считает он.