超薄有机太阳能电池通常采用旋涂法或热蒸发法制造。虽然这些都是非常高效的制造方法,但它们的可扩展性不强,常常会导致尺寸限制。这些制造技术还需要使用氧化铟锡(ITO),这是非常脆弱和不灵活的。
现在,阿卜杜拉国王科技大学的研究人员声称他们用喷墨打印出了超轻、超薄、柔韧的太阳能电池。
这种新型太阳能电池可能为新型电子设备提供另一种动力,在这种设备的设计与电池等传统能源不兼容的情况下。这可以应用于皮肤贴片等医用可穿戴设备或生物传感器等传感技术。
特殊配方油墨
为了克服ITO电极的局限性,研究小组转向喷墨打印。据参与该项目的博士生Daniel Corzo说,这项研究之所以成功,是因为太阳能电池结构的每一层都使用了特殊配方的墨水。他补充说,开发这些墨水尤其具有挑战性。
该研究团队面临的一个关键挑战是开发一种能打印太阳能电池的功能性墨水。图片由Anastasia Serin提供,阿卜杜拉国王科学技术大学
“喷墨印刷是一种自己的科学。盒内的分子间力和墨水中需要克服,以从非常小的喷嘴中喷射非常细的液滴。一旦涂抹墨水,溶剂也会发挥重要作用,因为干燥行为影响墨水电影质量,“Corzo解释道。
替代ITO
该团队还必须找到一种ITO的替代品,这种电极不适合研究人员的高度柔韧的太阳能电池。该团队没有使用ITO,而是打印了一种柔性的、透明的、导电的聚合物,即聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐,通常被称为PEDOT:PSS。
阿卜杜拉国王科技大学(King Abdullah University of Science & Technology)的研究人员表示,他们已经打印出了非常轻、薄、柔韧的太阳能电池,可以放在一个泡泡上。图片由Anastasia Serin提供,阿卜杜拉国王科学技术大学
太阳能电池的电极层夹着一种光捕捉光伏材料,整个装置被密封在parylene内,parylene是一种灵活的、防水的生物相容性保护涂层。当这种墨水在设备的每一层都得到完善和优化后,太阳能电池就被印在玻璃上进行性能测试。
一个新的独立电源
研究研究指出,太阳能电池达到了4.73%的电力转换效率,以全印刷太阳能电池击败以前的4.1%的记录。本研究首次也表明,可以将太阳能电池印刷到超薄柔性基板上,并达到3.6%的值得注意的功率转换效率。
研究人员希望他们的发现可以代表新一代超轻型印刷太阳能电池的重大飞跃,这些超轻的印刷太阳能电池可用作独立电源或集成到诸如皮肤和可植入的医疗穿戴性的装置中。