محققان مرکز RIKEN علوم مواد اضطراری و همکارانش یک فیلم فتوولتائیک آلی ساخته‌اند که هم ضد آب و هم انعطاف‌پذیر است و به سلول خورشیدی اجازه می‌دهد روی لباس قرار گیرد و پس از باران یا حتی شستن به درستی کار کند.
یکی از کاربردهای بالقوه فتوولتائیک‌های آلی، ایجاد لوازم الکترونیکی پوشیدنی است دستگاه‌هایی که می‌توانند به لباس‌هایی متصل شوند که می‌توانند دستگاه‌های پزشکی را نظارت کنند، برای مثال، بدون نیاز به تعویض باتری. با این حال، محققان دریافتند که دستیابی به ضد آب بدون استفاده از لایه‌های اضافی که منجر به کاهش انعطاف‌پذیری فیلم می‌شود، چالش برانگیز است.
در مجله Nature Communications ، گروهی از دانشمندان توانسته‌اند دقیقاً این کار را انجام دهند. آنها چالش غلبه بر یک محدودیت کلیدی دستگاه های قبلی را پذیرفتند، و آن این است که بدون کاهش انعطاف پذیری، ضد آب ساختن آنها دشوار است. فیلم های فتوولتائیک معمولاً از چندین لایه ساخته می شوند. یک بعد فعال وجود دارد که انرژی با طول موج مشخصی را از نور خورشید می گیرد و از این انرژی برای جدا کردن الکترون ها و “حفره های الکترونی” به کاتد و آند استفاده می کند. الکترون‌ها و حفره‌ها می‌توانند از طریق یک مدار دوباره به هم متصل شوند و برق تولید کنند. در دستگاه‌های قبلی، لایه‌ای که حفره‌های الکترونی را حمل می‌کند، عموماً به‌طور متوالی با لایه‌بندی ایجاد می‌شد.
با این حال، برای کار فعلی، محققان لایه آند، در این مورد یک الکترود نقره، را مستقیماً روی لایه‌های فعال قرار دادند و چسبندگی بهتری بین لایه‌ها ایجاد کردند. آنها از فرآیند بازپخت حرارتی استفاده کردند و فیلم را به مدت 24 ساعت در معرض هوا در دمای 85 درجه سانتیگراد قرار دادند. به گفته Sixing Xiong، نویسنده اول مقاله، “تشکیل لایه چالش برانگیز بود، اما ما خوشحال بودیم که این کار را انجام دادیم، و در پایان توانستیم فیلمی با ضخامت فقط 3 میکرومتر بسازیم،
آنچه دانشمندان از این فرایند دست یافتند بسیار دلگرم کننده بود. ابتدا فیلم را به مدت چهار ساعت به طور کامل در آب غوطه ور کردند و متوجه شدند که هنوز 89 درصد عملکرد اولیه خود را دارد. آنها سپس یک فیلم را تحت کشش 30 درصدی 300 بار در زیر آب قرار دادند و دریافتند که حتی با این شرایط، 96 درصد عملکرد خود را حفظ می کند. به عنوان آخرین آزمایش، آنها آن را از طریق چرخه ماشین لباسشویی اجرا کردند و از این چالش نیز جان سالم به در برد این آزمایش قبلا چنین دستاوردی نداشت.
به گفته کنجیرو فوکودا، یکی از نویسندگان مقاله، “آنچه ما ایجاد کرده ایم روشی است که می تواند به طور کلی تر مورد استفاده قرار گیرد. با نگاه به آینده، با بهبود پایداری دستگاه ها در مناطق دیگر، مانند قرار گرفتن در معرض هوا، نور قوی و استرس مکانیکی، ما قصد داریم سلول های خورشیدی آلی فوق نازک خود را بیشتر توسعه دهیم تا بتوان از آنها برای دستگاه های پوشیدنی واقعا کاربردی استفاده کرد.”
.Materials provided by RIKEN. Note: Content may be edited for style and length
