Współczesne smartwatche, zyskujące na popularności wśród użytkowników na całym świecie, mogą monitorować szeroką gamę parametrów zdrowotnych, dostarczając cennych informacji o stanie zdrowia. Ale wciąż jest okno czasowe, w którym nie mogą być na ręce użytkownika i muszą być podłączone do źródła zasilania.
Czytaj też:Chińczycy z kolejnym rekordem! Takie ogniwa słoneczne to prawdziwy skarb
Niektórzy wierzą, że w przyszłości da się wyeliminować tę niedogodność poprzez stworzenie elastycznych ogniw słonecznych, które będą stale doładowywały urządzenie, gdy jest ono używane (na ręce). Naukowcy z japońskiego RIKEN zaprojektowali innowacyjne mikropanele fotowoltaiczne do urządzeń ubieralnych. Szczegóły opisali w czasopiśmie Nature Communications.
Prof. Kenjiro Fukuda z RIKEN Center for Emergent Matter Science mówi:
Skupiamy się na tworzeniu bardzo cienkich, elastycznych urządzeń. Jednak takie urządzenia nie mają wewnętrznej rozciągliwości. Zamiast tego przypominają folię plastikową używaną do pakowania żywności – można je rozciągnąć o 1-2 proc., ale 10 proc. jest niemożliwe, ponieważ łatwo się rozrywają. Mamy pomysł, jak to zmienić.
Elastyczne ogniwa słoneczne w drodze do urządzeń ubieralnych
Elastyczne ogniwa słoneczne, w przeciwieństwie do tradycyjnych krzemowych paneli, które są sztywne i kruche, są wykonane z lekkich i giętkich materiałów, jak perowskity, polimery przewodzące czy materiały organiczne. Kluczowe jest jednak zapewnienie, że wydajność tych ogniw nie spadnie w czasie, gdy będą regularnie rozciągane przez ruchy ciała w codziennych sytuacjach.
Czytaj też:Panele słoneczne nowej generacji: jak Koreańczycy zwiększyli wydajność perowskitów
Sprawność konwersji energii ogniwa spada tylko o 20 proc., gdy ogniwo słoneczne zostanie rozciągnięte o 50 proc. (tj. rozciągnięte do 1,5-krotności swojej pierwotnej długości). Co więcej, zachowuje 95 proc. swojej początkowej sprawności konwersji energii po rozciągnięciu 100 razy o 10 proc.
Stworzenie takich paneli nie byłoby możliwe, gdyby nie włączenie do warstwy elektrod związku organicznego o nazwie ION E. Jest on stosowany w celu poprawy transportu jonów w różnych technologiach, zwłaszcza w bateriach litowo-jonowych. Łącząc związki makrocykliczne i struktury klatkowe, ION E wzmacnia ruch jonów litu przez swoje nanoporowate kanały. Taka konstrukcja zwiększa bezpieczeństwo i pozwala zachować wydajność ogniw na wysokim poziomie.
Prof. Kenjiro Fukuda mówi:
Dodaliśmy ION E, aby zwiększyć rozciągliwość elektrody, ale odkryliśmy, że związek ten ma inną, nieoczekiwaną zaletę – zwiększa przyczepność między elektrodą a warstwami nad nią i pod nią. Nie spodziewaliśmy się, że ION E jest do tego zdolny.
Dzięki tym dwóm efektom elektroda może przejąć część naprężeń z warstwy aktywnej nad nią (która zamienia światło na elektrony), zwiększając rozciągliwość całego urządzenia.
Długoterminowym celem Japończyków jest stworzenie rozciągliwej organicznego ogniwa słonecznego o dużej powierzchni. Wąskim gardłem jest niska przewodność polimeru używanego do przesyłania generowanej energii elektrycznej, ale naukowcy mają pomysły, jak temu zaradzić. Badania będą kontynuowane, nie tylko w RIKEN, ale i innych japońskich instytutach.