Ученые из RIKEN и Токийского университета разработали новый тип ультратонкого фотогальванического устройства, покрытого с обеих сторон эластичной и водонепроницаемой пленкой, которое может продолжать генерировать электричество от солнечного света даже после замачивания в воде или растягивается и сжимается. Работа, опубликованная в журнале Nature Energy, может открыть путь к носимым солнечным батареям, которые будут обеспечивать питание таких устройств, как мониторы здоровья, встроенные в одежду. Одним из требований Интернета вещей, относящимся к миру, где к Интернету подключены всевозможные устройства, является разработка источников питания для множества устройств, включая устройства, которые можно носить на теле.
По словам Такао Сомейи, руководителя исследовательской группы, это могут быть датчики, которые регистрируют сердцебиение и температуру тела, например, обеспечивая раннее предупреждение о проблемах со здоровьем. В прошлом предпринимались попытки создать фотоэлектрические элементы, которые можно было бы встроить в текстиль, но, как правило, им не хватало по крайней мере одного из важных свойств - долговременной стабильности как на воздухе, так и в воде, энергоэффективности и прочности, включая устойчивость к деформации. которые являются ключом к успешным устройствам.
Для настоящей работы члены исследовательской группы разработали чрезвычайно тонкие и гибкие органические фотоэлектрические элементы на основе материала под названием PNZ4T, который они разработали в более ранней работе. Они нанесли устройство в обратной архитектуре, которую они разработали ранее, на париленовую пленку толщиной 1 мкм. Затем сверхтонкое устройство было помещено на эластомер на акриловой основе, а верхняя сторона устройства была покрыта идентичным эластомером, придавая ему покрытие с обеих сторон для предотвращения проникновения воды. Эластомер, пропуская свет, предотвратил проникновение воды и воздуха в клетки, что сделало их более долговечными, чем в предыдущих экспериментах.
Исследователи затем подвергли устройство множеству тестов, обнаружив, во-первых, что оно имеет сильную энергоэффективность 7,9 процента, производя ток 7,86 милливатт на квадратный сантиметр, поскольку плотность тока составляет 13,8 миллиампер на квадратный сантиметр. при 0,57 вольта, исходя из смоделированного солнечного света мощностью 100 милливатт на квадратный сантиметр. Чтобы проверить его устойчивость к воде, они вымачивали его в воде в течение двух часов и обнаружили, что эффективность снизилась всего на 5,4 процента. И чтобы проверить долговечность, они подвергли его сжатию и обнаружили, что после сжатия почти наполовину в течение двадцати циклов с нанесением на него капель воды он по-прежнему имеет 80 процентов первоначальной эффективности..
По словам Кендзиро Фукуда из Центра новых исследований в области материи RIKEN: «Мы были очень рады обнаружить, что наше устройство обладает высокой устойчивостью к окружающей среде, одновременно обладая хорошей эффективностью и механической надежностью. Мы очень надеемся, что эти моющиеся, легкие и эластичные органические фотогальванические элементы откроют новые возможности для использования в качестве долговременного источника питания для носимых датчиков и других устройств».