Rozciągliwe ogniwa słoneczne to przyszłość ubieralnej technologii
Świat elektroniki ubieralnej rozwija się szybko, a urządzenia takie jak smartwatche potrafią od lat monitorować szeroki zakres wskaźników zdrowotnych – od tętna, po poziom stresu i na przebiegu snu kończąc. Dręczy je jednak niezmiennie jedno – ograniczony pojemnościowo akumulator. Dlatego też producenci ciągle walczą o obniżenie zapotrzebowania energetycznego układów obliczeniowych w smartwatchach, co wpływa na ich rozwój, ale są szanse, że ten energetyczny problem kiedyś zniknie. Japońscy naukowcy z RIKEN właśnie to udowodnili.
Czytaj też: Szwajcaria dała zielone światło. Fotowoltaiczna rewolucja trafi na tory
Specjaliści pochwalili się opracowaniem ogniw słonecznych, które nie tylko są cienkie i elastyczne, ale także rozciągliwe, co jest niezbędne dla technologii ubieralnej, muszącej wytrzymywać ciągłe ruchy. Pamiętajmy bowiem, że tradycyjne ogniwa słoneczne i to nawet te elastyczne, są podatne na pękanie lub rozdarcia pod wpływem znacznego rozciągania, co czyni je nieodpowiednimi do zastosowań w urządzeniach ubieralnych. Tutaj wchodzi właśnie osiągnięcie zespołu RIKEN, które sprowadza się do zastosowania rozciągliwych materiałów we wszystkich warstwach funkcjonalnych ogniwa słonecznego. Proste? Proste. Jednak w praktyce było to skomplikowane zadanie, które wymagało zrównoważenia wydajności i rozciągliwości każdej warstwy i to wszystko bez jednoczesnej rezygnacji z możliwości przekształcania światła w energię elektryczną.
W toku tych prac powstało ogniwo słoneczne, które zachowuje większość swojej wydajności nawet po rozciągnięciu i dlatego właśnie stanowi znaczący przełom. Naukowcy udowodnili, że ich ogniwo po rozciągnięciu o 50% względem jego pierwotnej długości, traci jedynie 20% potencjału do konwersji energii, a jeśli zostanie rozciągnięte sto razy o 10%, to spadek ten wyniesie tylko 5%. Ta trwałość i elastyczność sprawiają, że takie ogniwo jest idealnym kandydatem na materiał dla nowoczesnych ubrań, choć oczywiście nadal trzeba je ulepszać, aby wycisnąć jeszcze większy potencjał z… no właśnie – z czego dokładnie?
Czytaj też: Nowe ogniwo perowskitowe z Chin prześciga konkurencję. Sprawność powyżej 25%
Kluczem do sukcesu zespołu jest organiczny związek znany jako ION E, który został wprowadzony do warstwy elektrod ogniwa słonecznego. Początkowo związek ten został dodany po to, aby zwiększyć elastyczność elektrod, ale badacze odkryli, że miał również niespodziewany pozytywny wpływ na całą strukturę, jako że znacznie poprawił przyczepność między elektrodą a otaczającymi ją warstwami. Efekt? Dzięki tej poprawionej przyczepności elektroda zaczęła móc pochłaniać część naprężeń z aktywnej warstwy, która akurat jest odpowiedzialna za przekształcanie światła w energię elektryczną. To uczyniło cały układ jeszcze bardziej rozciągliwym.
Czytaj też: Nowa technologia turbin parowych zmieni wszystko, co wiemy o produkcji energii
Chociaż obecna technologia rozciągliwych ogniw słonecznych wygląda obiecująco, to zespół RIKEN już patrzy w przyszłość oraz problemy, które dręczą ich dzieło. Jednym z wyzwań, przed którymi stoją, jest skalowanie technologii, bo aby stworzyć komercyjnie opłacalne ubieralne urządzenia zasilane energią słoneczną, to opracowane przez nich ogniwa muszą być większe i zdolne do zasilania urządzeń przez dłuższy czas. Główną przeszkodą w osiągnięciu tego celu jest niska przewodność polimerów używanych do przenoszenia energii wytwarzanej przez same ogniwa słoneczne, ale jeśli ten problem zostanie rozwiązany, to oto wkroczymy w nową erę ubieralnej technologii.