由日本理化學(xué)研究所(RIKEN)研究人員領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)（PNAS，"Thermallystable,highlyefficient,ultraflexibleorganicphotovoltaics"）最近開(kāi)發(fā)了一種柔性聚合物基太陽(yáng)能電池，這種電池可在高達(dá)120攝氏度的溫度下加熱而不會(huì)降低功率轉(zhuǎn)換效率。并且，電池材料的靈活性和熱穩(wěn)健性將使其對(duì)可穿戴傳感器和設(shè)備的供電具有很強(qiáng)的吸引力。

有機(jī)太陽(yáng)能電池利用導(dǎo)電的碳基聚合物來(lái)代替剛性硅捕獲陽(yáng)光，并將光能轉(zhuǎn)化為電能。因此，它們可以附著在諸如衣服之類(lèi)的柔性材料上而不會(huì)發(fā)生斷裂。

此前，日本理化學(xué)研究所應(yīng)急物質(zhì)科學(xué)中心的KenjiroFukuda和他的團(tuán)隊(duì)通過(guò)改善材料與紡織品的相容性，使其更耐韌耐水，從而進(jìn)一步將有機(jī)太陽(yáng)能電池封裝在聚合物中。

然而，他們?cè)O(shè)計(jì)的柔性太陽(yáng)能電池對(duì)溫度變化的敏感性較差，熱應(yīng)力會(huì)使聚合物變脆或者導(dǎo)致它們體積膨脹進(jìn)而導(dǎo)電性變差，這些問(wèn)題限制了電池的使用壽命。

Fukuda與研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人TakaoSomeya及其來(lái)自日本和美國(guó)的同事一起解決了這個(gè)問(wèn)題，并且他們通過(guò)修改器件的活性層（一種由氟原子和含硫物質(zhì)組成的復(fù)合光吸收聚合物層）來(lái)制造具有可以增強(qiáng)有機(jī)太陽(yáng)能電池?zé)岱€(wěn)定性的芳香環(huán)。同時(shí)，向該分子添加直鏈烴鏈觸發(fā)了芳香環(huán)以“面對(duì)面”的方向堆疊，從而提高了聚合物的結(jié)晶強(qiáng)度。

該團(tuán)隊(duì)用透明的聚酰亞胺替代了用于支撐活性層的傳統(tǒng)塑料基板，該聚酰亞胺在很寬的溫度范圍內(nèi)具有較好的機(jī)械穩(wěn)定性。為了在支撐板上形成聚酰亞胺膜，他們使用濕學(xué)工藝而不是真空沉積來(lái)制備材料，因?yàn)闈穹üに嚫m合于制造大面積膜材料。

但是濕法工藝生產(chǎn)過(guò)程需要仔細(xì)控制基材的表面能量：如果基材太疏水，聚酰亞胺前體溶液會(huì)卷起而不形成膜，而如果它太親水，則聚酰亞胺膜將過(guò)度粘著，使其很難從表面剝離。研究人員通過(guò)調(diào)整疏水層的厚度并利用氧等離子體處理來(lái)獲得合適的表面能。

在最后的封裝步驟之后，他們測(cè)試了太陽(yáng)能電池在不同溫度下反復(fù)滾動(dòng)、折疊和折皺時(shí)的行為表現(xiàn)。盡管存在著機(jī)械和熱應(yīng)力，但電池的功率轉(zhuǎn)換效率仍保持接近創(chuàng)紀(jì)錄的水平。這激發(fā)了該集團(tuán)使用為服裝行業(yè)開(kāi)發(fā)的“熱熔”技術(shù)將這些設(shè)備連接到織物上的想法。

Fukuda說(shuō)：“熱熔工藝使我們的超薄有機(jī)太陽(yáng)能電池幾乎完美地粘合到紡織品上，而且性能沒(méi)有下降。我們現(xiàn)在正在與合作者討論這些結(jié)果，以期找到一個(gè)合適的商業(yè)化方案?！?/p>

本文摘自：材料科技在線