有機化合物讓太陽能電池拉伸性猛增功率不減

由日本理化學研究所（RIKEN）的物理學家所開發的一種太陽能電池能夠被拉伸，且不會對其將光轉化爲電能的能力造成太大影響。所以，它有望爲下一代可穿戴電子產品提供電力。

如今的智能手錶能夠監測一系列令人矚目的健康指標，與此同時，針對特定醫療應用的更爲專業的可穿戴設備也在開發當中。不過，這類設備需要定期充電。

爲了消除這一需求，研究人員正在設法開發靈活且可穿戴的太陽能電池。然而，關鍵在於要保證這些太陽能電池在日常生活中因身體運動而被拉伸時，性能不會降低。

“我們致力於製造非常薄且靈活的設備。但這類設備不具備內在的拉伸性，”日本理化學研究所新興物質科學中心的福田健次郎解釋道。“相反，它們就像用於包裝食物的保鮮膜——你或許能夠將它們拉伸 1%或 2%，但 10%是不行的，因爲它們很容易就撕裂了。”

福田及其團隊正嘗試通過研發本質上具備可拉伸性的太陽能電池來解決此問題。

“我們的方法極爲簡單——我們在設備的每個功能層均使用可拉伸材料，”福田說道。

但雖說概念簡單，方法卻極具挑戰性，因爲我們得在每一層的可拉伸性與其性能之間達成平衡。

如今，福田和他的同事已經達成了一種高性能的柔性太陽能電池，其有着出色的可拉伸性。該研究已在《自然通訊》雜誌發表。

當太陽能電池拉伸 50%（也就是拉伸到其原始未拉伸長度的 1.5 倍時），該電池的功率轉換效率僅下降 20%。

此外，在拉伸 100 次，且每次拉伸 10%之後，它仍能保留初始功率轉換效率的 95%。

實現這種器件可拉伸性的關鍵在於，該團隊在太陽能電池的電極層中摻入了一種被稱爲 ION E 的有機化合物。

他們添加 ION E 是爲了增強電極的可拉伸性，不過他們發現它還有另一個意想不到的好處——它增強了電極與上下層之間的附着力。

“這對我們而言是一個驚喜，”福田說道。“我們未曾想到 ION E 會增加層間的附着力。”

由於這兩種效應，電極能夠吸納其上方活性層（能將光轉化爲電子）的部分應變，從而提高了整個器件的可拉伸性。

福田指出，長期目標是製造出大面積的可拉伸式有機太陽能電池。他說：“要實現這一目標，其中一個障礙是用於傳輸所產生電力的聚合物導電性低。”“我們當下正在研究克服這一瓶頸的辦法。”