Solarna ćelija koju su razvili fizičari RIKEN-a može se rastegnuti bez značajnog uticaja na njenu sposobnost pretvaranja svetlosti u električnu energiju. Stoga je obećavajuće za napajanje sledeće generacije elektronike koja se može nositi.
Današnji pametni satovi mogu pratiti impresivan niz zdravstvenih metrika, dok se više specijalizovani nosivi uređaji razvijaju za specifične medicinske aplikacije. Ali takve uređaje treba periodično puniti.
Da bi eliminisali ovu potrebu, istraživači nastoje da razviju fleksibilne solarne ćelije koje se mogu nositi. Međutim, od vitalnog je značaja osigurati da performanse ovih solarnih ćelija ne opadaju kada se istegnu pokretima tela tokom svakodnevnog života.
„Fokusiramo se na izradu veoma tankih, fleksibilnih uređaja. Ali takvi uređaji nemaju intrinzičnu rastezljivost“, objašnjava Kenjiro Fukuda iz RIKEN Centra za nauku o hitnim materijama. „Radije su slične plastičnoj foliji koja se koristi za umotavanje hrane – možda ih možete rastegnuti za 1% ili 2%, ali 10% je nemoguće jer se lako cepaju.“
Fukuda i njegov tim pokušavaju da prevaziđu ovaj problem razvojem solarnih ćelija koje su suštinski rastegljive.
„Naš pristup je veoma jednostavan — koristimo rastezljive materijale za svaki funkcionalni sloj u uređaju“, kaže Fukuda. „Ali dok je koncept jednostavan, metoda je veoma izazovna jer moramo da uspostavimo ravnotežu između rastezljivosti svakog sloja i njegovih performansi.“
Sada su Fukuda i njegovi saradnici realizovali fleksibilnu solarnu ćeliju visokih performansi koja pokazuje izuzetnu rastezljivost. Istraživanje je objavljeno u časopisu Nature Communications.
Efikasnost konverzije energije ćelije opada za samo 20% kada se solarna ćelija rastegne za 50% (tj. rastegnuta je do 1,5 puta svoje prvobitne, nerastegnute dužine). Štaviše, zadržava 95% svoje početne efikasnosti konverzije energije nakon što se istegne 100 puta za 10%.
Ključ za postizanje takve rastezljivosti uređaja ležao je u timu koji je ugradio organsko jedinjenje zvano ION E u sloj elektrode solarne ćelije. Dodali su ION E da poboljšaju rastezljivost elektrode, ali su otkrili da ima još jednu, neočekivanu korist – poboljšao je prianjanje između elektrode i slojeva iznad i ispod nje.
„Ovo je bilo lepo iznenađenje za nas“, kaže Fukuda. „Nismo očekivali da će ION E povećati adheziju između slojeva.“
Zahvaljujući ova dva efekta, elektroda može da preuzme deo opterećenja od aktivnog sloja iznad nje (koji pretvara svetlost u elektrone), poboljšavajući rastezljivost celog uređaja.
Dugoročni cilj je stvaranje rastezljive organske solarne ćelije koja ima veliku površinu, napominje Fukuda. „Jedna prepreka za postizanje ovoga je niska provodljivost polimera koji se koristi za prenošenje proizvedene električne energije“, kaže on. „Sada tražimo načine da prevaziđemo ovo usko grlo.“
