可拉伸太阳能电池，科研领域的重大突破

日本理化学研究所新兴物质科学中心的研究人员开发出一种新型可拉伸太阳能电池，据该大学的一份新闻稿所述，这种太阳能电池可以拉伸至其原始尺寸的近 1.5 倍，而其功率转换效率仅下降 20%。这种太阳能电池能够为下一代无需外接充电的可穿戴设备提供动力。

如今市场上的智能手表和健康追踪器可以监测从心率到血氧、压力甚至血糖水平等广泛的健康参数。这促使人们去研究开发能够监测特定疾病状况相关参数的专业可穿戴设备。

随着这些可穿戴设备变得越来越复杂，患者和个人必须一直佩戴它们，以确保实现全天候跟踪。然而，这些设备由电池供电，需要取下充电。

光伏或 太阳能电池 将阳光直接转化为运行这些设备所需的电能。然而，太阳能电池是极其坚硬的结构体，跟踪设备以其当前的形式无法携带它们。

为了克服这个问题，研究人员一直在致力于开发能为可穿戴设备供电的可拉伸太阳能电池。

太阳能电池由多层的多种组件构成，传统上被构建为刚性结构。“它们类似于用于包裹食物的保鲜膜——你或许能把它们拉伸 1%或者 2%，但 10%是不可能的，因为它们很容易撕裂，”日本理化学研究所的高级研究科学家福田健次郎在一则新闻稿中说道。

“我们的方法非常简单——我们在设备的每个功能层都用了可拉伸材料，”福田补充道。“但虽说概念简单，方法却极具挑战性，因为我们必须在每层的拉伸性和其性能之间取得平衡。”

为实现这一目标，福田的团队在太阳能电池的电极层中使用了一种被确定为 ION E 的有机化合物。在进行性能测试时，研究人员发现，即使该材料被拉伸 50%，即达到其原始尺寸的 1.5 倍，其 功率转换效率 仅损失 20%。

添加 ION E 还产生了一个意想不到但有益的效果。这种有机化合物改善了电极与其上下层之间的附着力。“这对我们而言是个惊喜，”福田说。“我们没想到 ION E 会增加层间的附着力。”

得益于附着力的提升，电极现在可以分担来自活性层（负责将光转化为电子的那一层）的应变，同时也提高了器件的拉伸性。研究团队打算利用这一点来制造表面积大的太阳能电池，从而产生更大的能量输出。然而，带有可拉伸太阳能电池的可穿戴设备不会很快上市。

研究人员仍需攻克另一个难题——聚合物的低导电性，其承载着所产生的电流。“我们当下正在探寻攻克这一瓶颈的办法，”福田在新闻稿中总结道。

这项研究结果发表于《自然通讯》。