科学家开发出一种可以弯曲并浸泡在水中的太阳能电池

RIEKN创发物性科学研究中心的研究人员及其合作伙伴创造出了一种柔韧、防水的有机光伏薄膜。这种创新薄膜可以将太阳能电池集成到衣服中，即使在雨水或洗涤循环中也能保持功能。

有机光伏技术的潜在用途之一是制造可穿戴式电子设备，可以贴在衣服上的设备，例如，可以监测医疗设备，而无需更换电池。然而，研究人员发现，要想在不使用额外层的情况下实现防水功能，难度很大，因为额外层会降低薄膜的柔韧性。

光伏技术的突破

现在，一组科学家在《自然·通讯》（Nature Communications）上发表的研究成果恰恰能够做到这一点。他们面临的挑战是克服以往设备的一个关键局限，即很难在不降低柔韧性的情况下使其防水。光伏薄膜通常由几层组成。一层是有源层，它从太阳光中捕捉一定波长的能量，并利用这种能量将电子和 "电子空穴 "分离成阴极和阳极。然后，电子和空穴可以通过电路重新连接，产生电能。在以前的设备中，传输电子空穴的层通常是通过分层的方式依次产生的。

但在目前的工作中，研究人员将阳极层（在本例中为银电极）直接沉积到活性层上，从而在层与层之间形成更好的粘合力。他们采用热退火工艺，将薄膜暴露在 85 摄氏度的空气中 24 小时。论文第一作者熊思兴说：“形成薄膜层很有挑战性，但我们很高兴完成了这一任务，最终能够制作出厚度仅为3微米的薄膜，我们期待看到测试结果。”

该小组从测试中看到的结果非常令人鼓舞。首先，他们将薄膜完全浸泡在水中四个小时，发现它的性能仍有初始性能的 89%。然后，他们将薄膜在水下拉伸 30% 300 次，结果发现，即使受到这样的惩罚，薄膜仍然保持了 96% 的性能。在最后的测试中，他们将薄膜放入洗衣机中进行循环洗涤，结果薄膜经受住了考验，这在以前是从未有过的。

论文通讯作者之一福田健次郎说：“我们所创造的是一种可以广泛使用的方法。展望未来，通过提高设备在其他方面的稳定性，如暴露在空气、强光和机械应力下，我们计划进一步开发我们的超薄有机太阳能电池，使其能够用于真正实用的可穿戴设备。”

相关链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-44878-z