Bilim İnsanları Büküp Suya Daldırabileceğiniz Bir Güneş Pili Geliştirdi

Araştırmacılar, giysilere entegre edilebilen ve suya ve mekanik strese maruz kaldıktan sonra da işlevsel kalabilen esnek, su geçirmez organik fotovoltaik film oluşturarak gelişmiş giyilebilir güneş enerjisiyle çalışan cihazların önünü açtı.

Araştırmacılar RIKEN Acil Madde Bilimi Merkezi ve ortakları esnek, su geçirmez bir organik fotovoltaik film oluşturdular. Bu yenilikçi film, güneş pillerinin giysilere entegre edilmesini sağlayarak yağmura veya yıkama döngülerine maruz kaldıktan sonra bile işlevselliğini korur.

Organik fotovoltaiklerin potansiyel kullanımlarından biri, giyilebilir elektronikler (örneğin, pil değişimi gerektirmeden tıbbi cihazları izleyebilen giysilere takılabilen cihazlar) yaratmaktır. Ancak araştırmacılar, filmin esnekliğini azaltan ekstra katmanlar kullanılmadan su geçirmezlik sağlamanın zor olduğunu düşünüyor.

Fotovoltaik Teknolojisinde Atılım

Bir grup bilim insanı tam olarak bunu yapmayı başardı. Önceki cihazların önemli bir sınırlamasının üstesinden gelme zorluğunu üstlendiler; bu, esnekliği azaltmadan onları su geçirmez hale getirmenin zor olmasıdır. Fotovoltaik filmler tipik olarak birkaç katmandan yapılır.

Güneş ışığından belirli bir dalga boyundaki enerjiyi yakalayan ve bu enerjiyi elektronları ve “elektron deliklerini” bir katot ve anotta ayırmak için kullanan bir aktif madde daha vardır. Elektronlar ve delikler daha sonra bir devre aracılığıyla yeniden bağlanarak elektrik üretebilir. Önceki cihazlarda elektron deliklerini taşıyan katman genellikle katmanlama yoluyla sıralı olarak oluşturuluyordu.

Ancak mevcut çalışma için araştırmacılar, anot katmanını (bu durumda bir gümüş elektrot) doğrudan aktif katmanların üzerine yerleştirdiler ve katmanlar arasında daha iyi yapışma sağladılar. Filmi 85 derecede havaya maruz bırakan bir termal tavlama işlemi kullandılar santigrat 24 saat boyunca.

Makalenin ilk yazarı Sixing Xiong’a göre, “Katmanı oluşturmak zorlayıcıydı ama bunu başardığımız için mutluyduk ve sonunda sadece 3 mikrometre kalınlığında bir film oluşturabildik ve baktık. Testlerin sonuçlarını görmeyi sabırsızlıkla bekliyorum.”

Grubun testlerde gördükleri oldukça cesaret vericiydi. İlk olarak filmi dört saat boyunca tamamen suya batırdılar ve hala ilk performansının yüzde 89’unu koruduğunu gördüler. Daha sonra bir filmi su altında 300 kez yüzde 30 oranında esnetmeye tabi tuttular ve bu cezaya rağmen performansının yüzde 96’sını koruduğunu gördüler. Son bir test olarak, onu bir çamaşır makinesi döngüsünden geçirdiler ve bu çetin sınavdan sağ çıktı; bu daha önce hiç başarılmamış bir şeydi.

Makalenin ilgili yazarlarından Kenjiro Fukuda’ya göre, “Yarattığımız şey daha genel olarak kullanılabilecek bir yöntem. Geleceğe baktığımızda, havaya maruz kalma, güçlü ışık ve mekanik stres gibi diğer alanlardaki cihazların stabilitesini iyileştirerek, gerçekten pratik giyilebilir cihazlar için kullanılabilecek şekilde ultra ince organik güneş pillerimizi daha da geliştirmeyi planlıyoruz. ”

Referanslar: Sixing Xiong, Kenjiro Fukuda, Kyohei Nakano, Shinyoung Lee, Yutaro Sumi, Masahito Takakuwa, Daishi Inoue, Daisuke Hashizume, Baocai Du, Tomoyuki Yokota, Yinhua Zhou, Keisuke Tajima ve “Geliştirilmiş arayüz yapışmasına sahip su geçirmez ve ultra esnek organik fotovoltaikler” Takao Someya, 32 Ocak 2024, Doğa İletişimi.

RKEN CEMS’e ek olarak araştırma grubunun üyeleri Tokyo Üniversitesi ve Çin’deki Huazhong Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nden de vardı.