Eine Solarzelle, die man biegen und in Wasser eintauchen kann

Forscher des RIKEN Center for Emergent Matter Science und Mitarbeiter haben eine organische Photovoltaik-Folie entwickelt, die sowohl wasserdicht als auch flexibel ist und es ermöglicht, eine Solarzelle auf Kleidungsstücke zu kleben, die auch dann noch funktioniert, wenn sie beregnet oder sogar gewaschen wurde.

Eine der möglichen Anwendungen der organischen Photovoltaik ist die Herstellung von tragbarer Elektronik – Geräte, die an der Kleidung befestigt werden können, um beispielsweise medizinische Geräte zu überwachen, ohne dass ein Batteriewechsel erforderlich ist. Die Forscher haben jedoch festgestellt, dass es schwierig ist, eine Wasserdichtigkeit zu erreichen, ohne zusätzliche Schichten zu verwenden, die die Flexibilität der Folie beeinträchtigen.

In einer in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlichten Arbeit ist einer Gruppe von Wissenschaftlern nun genau das gelungen. Sie haben sich der Herausforderung gestellt, eine wesentliche Einschränkung bisheriger Geräte zu überwinden, nämlich die, dass es schwierig ist, sie wasserdicht zu machen, ohne die Flexibilität zu verringern. Fotovoltaikfolien bestehen in der Regel aus mehreren Schichten. Es gibt eine aktive Schicht, die Energie einer bestimmten Wellenlänge aus dem Sonnenlicht einfängt und diese Energie nutzt, um Elektronen und „Elektronenlöcher“ in eine Kathode und eine Anode zu trennen. Die Elektronen und Löcher können sich dann über einen Schaltkreis wieder verbinden und Strom erzeugen. In früheren Geräten wurde die Schicht, die die Elektronenlöcher transportiert, in der Regel nacheinander durch Aufschichten erzeugt.

Bei der aktuellen Arbeit haben die Forscher jedoch die Anodenschicht, in diesem Fall eine Silberelektrode, direkt auf die aktiven Schichten aufgebracht, um eine bessere Haftung zwischen den Schichten zu erreichen. Sie wendeten ein thermisches Glühverfahren an, bei dem sie den Film 24 Stunden lang bei 85 Grad Celsius der Luft aussetzten. Sixing Xiong, der Erstautor der Arbeit, erklärt: „Es war eine Herausforderung, die Schicht zu formen, aber wir waren froh, dass wir es geschafft haben und am Ende in der Lage waren, einen Film zu erzeugen, der nur 3 Mikrometer dick ist, und wir sind gespannt auf die Ergebnisse der Tests.“

Was die Gruppe bei den Tests sah, war sehr ermutigend. Zunächst tauchten sie die Folie vier Stunden lang vollständig in Wasser ein und stellten fest, dass sie noch 89 Prozent ihrer ursprünglichen Leistung hatte. Dann wurde die Folie 300 Mal unter Wasser um 30 Prozent gedehnt und behielt selbst dann noch 96 Prozent ihrer Leistung. Als letzten Test ließen sie die Folie durch einen Waschmaschinengang laufen, und sie überlebte die Tortur – etwas, das bisher noch nie erreicht wurde.

Kenjiro Fukuda, einer der korrespondierenden Autoren der Studie, meint dazu: „Wir haben eine Methode entwickelt, die sich allgemein anwenden lässt. Mit Blick auf die Zukunft planen wir, unsere ultradünnen organischen Solarzellen weiterzuentwickeln, um sie für wirklich praktische tragbare Geräte einsetzen zu können, indem wir die Stabilität der Geräte in anderen Bereichen wie Luft, starkem Licht und mechanischer Belastung verbessern.“

• nature communications „Waterproof and ultraflexible organic photovoltaics with improved interface adhesion“
• RIKEN „A solar cell you can bend and soak in water“
• Neben dem RKEN CEMS – Center for Emergent Matter Science (CEMS) waren Mitglieder der Forschungsgruppe von der Universität Tokio und der Huazhong University of Science and Technology in China.

Quelle

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