革命性的可清洗、可拉伸太阳能电池实现 8% 的效率

开发太阳能电池板听起来很棒，但可清洗且灵活的太阳能电池听起来更好。东京 RIKEN 研究中心的科学家们开发出了新型有机超薄电池，可以承受 20 次模拟洗涤循环，并且可以拉伸一半长度。

这是世界上第一个可以提供更高能源效率，同时保持空气和水中的拉伸性和稳定性的太阳能电池。

这些电池可用于纺织品、网络设备、移动设备充电、个人健康监测仪等。从技术上讲，可能性是无限的。让我们看看科学家究竟是如何构建这些细胞以及它们的能力的。

RIKEN 新兴物质科学中心 (CEMS) 的科学家团队开发了一种有机光伏 (OPV)——太阳能电池的薄有机活性层。它将来自太阳的光转化为电能，效率为 8%，同时在空气和水中都非常稳定。

使用较厚的有机层可实现 10% 的最大转化率，但对于厚度约为 1 微米的 OPV，8% 的转化率已是令人印象深刻。而且由于有机材料非常薄，因此可以弯曲而不会破碎。

几个月前，同一层被用来制造太阳能电池，但它们的拉伸性不够。后来通过在外部集成拉伸橡胶状弹性体片（如三明治结构）解决了这个问题。这使得太阳能电池能够将自身折叠成具有波峰和波谷的手风琴状结构。

除了赋予电池可拉伸性外，弹性体片材还具有一定的防水性，这使得太阳能电池能够在水中承受 20 次机械压缩循环，持续 1 小时 40 分钟。 20次洗涤循环后，电池效率仅下降20%。

有机太阳能电池的清洗和拉伸

更具体地说，该研究表明可清洗聚合物太阳能电池保持了高效率（7.9％）和可拉伸性（52％）。总厚度为3微米的机械稳定、超柔性OPV通过稳定的有源层和倒置结构相结合而开发出来，其功率转换效率高达7.9%，并在周围空气环境下表现出稳定的功率转换效率（1个月后为初始效率的54%），可拉伸性为41%。

参考：自然| doi:10.1038/s41560-017-0001-3 | 理化学研究所

当独立式 OPV 浸入水中 2 小时时，效率下降了 20.8%。将柔性 OPV 夹在两种弹性体之间时，减少量显着抑制至 5.4%。

独立式OPV的结构

这些太阳能电池可用于为传感器等电子设备供电，以测量体温、心率、血压或皮肤电活动。还有许多嵌入传感器的纺织品。通过将这些技术与这种新型太阳能电池相结合，可以开发出一些智能传感器服装系统。

在遥远的未来，如果能够实现更高的电压，衣服中的这些电池可用于为智能手机、平板电脑等手持设备充电，并且有一天可能能够满足家庭用电需求。如果太阳能电池能够与轻薄型电池集成，其效能可以进一步提高。

现实世界的应用可能还需要 3 到 5 年的时间。事实上，一些公司已经表现出对该技术商业化的兴趣。

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然而，商业化的两个主要障碍是太阳能电池的尺寸和成本。目前，它们的尺寸仅限于 10*10 厘米，制造成本相当昂贵。但这主要取决于有源层的成本。片材涂层非常薄，这最终将降低成本。因此，如果市场上的大公司决定将其商业化，他们可以建立一种新技术来批量生产有源层材料并降低成本。

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