سلول‌های خورشیدی پیشرفته حتی پس از ۱۰۰ بار کشیده شدن ۹۵٪ قدرتمند باقی می‌مانند
یک سلول خورشیدی کش‌پذیر جدید توسط محققان مرکز علوم مواد نوظهور در دانشگاه ریکن ژاپن توسعه داده شده است که می‌تواند تا نزدیک ۱.۵ برابر اندازه اصلی خود کشیده شود و فقط ۲۰ درصد کاهش در بازده تبدیل توان خود را تجربه کند، طبق بیانیه مطبوعاتی دانشگاه. این سلول خورشیدی می‌تواند نسل بعدی ابزارهای پوشیدنی را تامین کند که نیازی به شارژ خارجی نخواهند داشت.
ساعت‌های هوشمند و ردگیرهای سلامتی موجود در بازار امروز می‌توانند طیف گسترده‌ای از پارامترهای سلامت را نظارت کنند، از ضربان قلب گرفته تا اکسیژن خون، استرس و حتی سطح گلوکز خون. این موضوع باعث تحقیقاتی برای توسعه ابزارهای پوشیدنی تخصصی شده که می‌توانند پارامترهای خاص شرایط بیماری را نیز کنترل کنند.
با پیشرفت این دستگاه‌های پوشیدنی، بیماران و افراد باید آنها را به صورت مداوم استفاده کنند تا رصد ۲۴ ساعته اطمینان حاصل شود. اما این دستگاه‌ها با باتری کار می‌کنند و نیازمند برداشتن برای شارژ مجدد هستند.
فوتوولتائیک یا سلول‌های خورشیدی نور خورشید را مستقیماً به برق مورد نیاز برای اجرای این دستگاه‌ها تبدیل می‌کنند. اما، سلول‌های خورشیدی ساختارهایی بسیار سخت هستند که دستگاه‌های رهیابی نمی‌توانند آنها را در قالب فعلی خود حمل کنند.
برای حل این مشکل، محققان بر روی توسعه سلول‌های خورشیدی کش‌پذیر کار کرده‌اند که می‌توانند ابزارهای پوشیدنی را تامین کنند.
سلول‌های خورشیدی کش‌پذیر
سلول‌های خورشیدی از لایه‌های چندین جزء تشکیل شده‌اند و به‌طور سنتی به‌صورت ساختارهای سخت ساخته شده‌اند. "آنها مشابه فیلم پلاستیکی مورد استفاده برای بسته‌بندی غذا هستند—شاید بتوانید آنها را ۱٪ یا ۲٪ بکشید، اما ۱۰٪ غیرممکن است چون به‌راحتی پاره می‌شوند،" گفت کنجیرو فوكودا، یک دانشمند تحقیق ارشد در دانشگاه ریکن، در بیانیه مطبوعاتی.
"رویکرد ما بسیار ساده است—ما از مواد کش‌پذیر برای هر لایه کاربردی در یک دستگاه استفاده می‌کنیم،" فوكودا اضافه کرد. "اما در حالی که مفهوم ساده است، روش بسیار چالش‌برانگیز است زیرا ما باید بین کششش‌پذیری هر لایه و عملکرد آن تعادل برقرار کنیم."
برای دستیابی به این امر، تیم فوكودا از یک ترکیب آلی به نام ION E در لایه الکترود سلول خورشیدی استفاده کرد. در تست عملکرد، محققان دریافتند که ماده فقط ۲۰٪ بازده تبدیل توان خود را از دست داد حتی وقتی که ۵۰٪ اندازه آن کشیده شد، یعنی ۱.۵ برابر اندازه اصلی آن.
اثر اضافی
افزودن ION E همچنین اثر غیر منتظره اما مفیدی داشت. ترکیب آلی چسبندگی بین الکترود و لایه‌های بالا و پایین آن را بهبود داد. "این برای ما یک سورپرایز جالب بود،" گفت فوكودا. "ما پیش‌بینی نکرده بودیم که ION E چسبندگی بین لایه‌ها را افزایش دهد."
با توجه به چسبندگی بهبود یافته، الکترود اکنون می‌تواند فشار را از لایه فعال، لایه‌ای که نور را به الکترون تبدیل می‌کند، به اشتراک بگذارد در حالی که کشش‌پذیری دستگاه نیز بهبود یافته است. تیم تحقیق قصد دارد از این نکته برای ساختن سلول‌های خورشیدی با سطح‌های بزرگتر استفاده کند که خروجی انرژی بزرگتری تولید خواهد کرد. با این حال، پوشیدنی‌ها با سلول‌های خورشیدی کش‌پذیر به زودی به بازار نخواهند آمد.
محققان هنوز باید بر مانع دیگری غلبه کنند — رسانایی کم پلیمر که برق تولید شده را حمل می‌کند. "ما اکنون در حال بررسی راه‌هایی برای غلبه بر این مانع هستیم،" فوكودا در بیانیه مطبوعاتی اظهار کرد.
نتایج تحقیقات در Nature Communications منتشر شد.
