由日本理化學研究所(RIKEN)研究人員領導的研究團隊（PNAS，"Thermallystable,highlyefficient,ultraflexibleorganicphotovoltaics"）最近開發了一種柔性聚合物基太陽能電池，這種電池可在高達120攝氏度的溫度下加熱而不會降低功率轉換效率。并且，電池材料的靈活性和熱穩健性將使其對可穿戴傳感器和設備的供電具有很強的吸引力。

有機太陽能電池利用導電的碳基聚合物來代替剛性硅捕獲陽光，并將光能轉化為電能。因此，它們可以附著在諸如衣服之類的柔性材料上而不會發生斷裂。

此前，日本理化學研究所應急物質科學中心的KenjiroFukuda和他的團隊通過改善材料與紡織品的相容性，使其更耐韌耐水，從而進一步將有機太陽能電池封裝在聚合物中。

然而，他們設計的柔性太陽能電池對溫度變化的敏感性較差，熱應力會使聚合物變脆或者導致它們體積膨脹進而導電性變差，這些問題限制了電池的使用壽命。

Fukuda與研究團隊負責人TakaoSomeya及其來自日本和美國的同事一起解決了這個問題，并且他們通過修改器件的活性層（一種由氟原子和含硫物質組成的復合光吸收聚合物層）來制造具有可以增強有機太陽能電池熱穩定性的芳香環。同時，向該分子添加直鏈烴鏈觸發了芳香環以“面對面”的方向堆疊，從而提高了聚合物的結晶強度。

該團隊用透明的聚酰亞胺替代了用于支撐活性層的傳統塑料基板，該聚酰亞胺在很寬的溫度范圍內具有較好的機械穩定性。為了在支撐板上形成聚酰亞胺膜，他們使用濕學工藝而不是真空沉積來制備材料，因為濕法工藝更適合于制造大面積膜材料。

但是濕法工藝生產過程需要仔細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卷起而不形成膜，而如果它太親水，則聚酰亞胺膜將過度粘著，使其很難從表面剝離。研究人員通過調整疏水層的厚度并利用氧等離子體處理來獲得合適的表面能。

在最后的封裝步驟之后，他們測試了太陽能電池在不同溫度下反復滾動、折疊和折皺時的行為表現。盡管存在著機械和熱應力，但電池的功率轉換效率仍保持接近創紀錄的水平。這激發了該集團使用為服裝行業開發的“熱熔”技術將這些設備連接到織物上的想法。

Fukuda說：“熱熔工藝使我們的超薄有機太陽能電池幾乎完美地粘合到紡織品上，而且性能沒有下降。我們現在正在與合作者討論這些結果，以期找到一個合適的商業化方案。”

本文摘自：材料科技在線