Международная группа учёных утверждает, что новый гибкий органический элемент для получения солнечной энергии может обеспечить эффективное питание для носимых устройств будущего.
Группа под руководством Чжэнье Ванга, исследователя из Уханьской национальной лаборатории оптоэлектроники Хуачжунского университета науки и технологий в Ухане (Китай), занимается разработкой долговечного, гибкого и эффективного источника энергии для носимых технологий.
Носимые устройства должны быть гибкими и прочными, чтобы оставаться незаметными во время использования, сгибаясь и растягиваясь вместе с телом. Для работы датчиков, дисплеев и транзисторов им нужны высокоэффективные источники питания без излишней громоздкости и веса. Традиционные батареи не подходят, так как их жесткая конструкция ограничивает гибкость и долговечность питаемых устройств.
Группа исследователей нашла решение этих проблем, создав новый вид органических солнечных элементов (OSC). Легкие и гибкие источники энергии можно изготавливать в растворе, что делает их подходящими для носимых технологий. Несмотря на то, что OSC давно считаются перспективным вариантом, создание практичной, высокопроизводительной версии, сохраняющей эффективность при сильных деформациях, оказалось сложным.
Солнечный элемент для носимых технологий
Разработчики предложили инновационное решение, соединив органосилановый функционализированный акцептор малых молекул (BTP-Si4) с гибким полимерным акцептором (PNTB6-Cl). Смесь показала высокую гибкость и производительность.
«Это объясняется особенной изогнутой формой PNTB6-ClI, делающей материал более гибким, а также присутствием атома кремния в разветвлённых заместителях BTP-Si4, что также увеличивает его гибкость. — объяснил соавтор исследования Антонио Факкетти из Технологического института Джорджии и Северо-Западного университета.
Усовершенствование солнечных панелей в соответствии с новыми нормативами производительности.
Солнечный элемент, способный растягиваться, демонстрирует 80% своей эффективности даже при экстремальном растяжении, превосходя предыдущие попытки создания подобных элементов. Ячейка может растягиваться приблизительно в три раза больше, чем предшествующие разработки, сохраняя при этом работоспособность.
Работа команды показывает, что молекулярная структура и смешиваемость материалов непосредственно влияют на механическую гибкость и эффективность солнечных элементов. Исследование предоставляет ценные сведения о том, как минимизировать компромисс между гибкостью и эффективностью.
Команда ставила перед собой задачу создания нового акцептора – молекулы, способствующей переносу заряда. Основная задача состояла в демонстрации широкой применимости молекулярного дизайна данного семейства акцепторов и их работы при пластификации смеси на фундаментальном уровне. », — объясняет Факкетти.
Движение солнечных элементов вперед
Команда ведёт работы в сфере носимой техники, нацеленная на… Механически прочные и вязкие источники энергии следует интегрировать с эластичными схемами, датчиками и другими устройствами IoT для использования в медицине. », — говорит Фачетти.
Будущие шаги включают «Взаимосвязанная работа данного вида источника энергии с другими полупроводниками, применяемыми в транзисторах и термоэлектрических устройствах. », — добавил Факкетти.