Команда ученых из Саудовской Аравии создала очень легкие солнечные панели, которые можно будет использовать в беспилотниках, биосенсорах и электронной коже роботов.
Сегодня появляется все больше крошечных электронных устройств, которые выполняют сложные задачи: компактные беспилотники, биосенсоры, электронная кожа для роботов. У сложных устройств, которые должны быть невесомыми, общая проблема — обычные аккумуляторы для них слишком тяжелые.
Эту проблему можно решить с помощью компактных солнечных панелей. Производство таких панелей – технологически сложная задача, но коллектив из университета KAUST в Саудовской Аравии разработал новую формулу чернил, благодаря которым микроскопические солнечные аккумуляторы можно печатать на специальном принтере.
Обычно солнечные панели — это большие и тяжелые конструкции. Их используют в географических зонах с высокой освещенностью, чтобы накапливать солнечную энергию. Но что, если получать энергию от Солнца можно будет не только на огромных полях, но и на любых поверхностях — например, на стекле умных очков?
Солнечные элементы теперь можно сделать настолько тонкими, легкими и гибкими, что они могут спокойно лежать даже на поверхности мыльного пузыря. Это стало возможно благодаря новому материалу полимеру полистиролсульфонату (PEDOT: PSS), который имеет важное преимущество — он гибкий. Ультратонкие световые панели изготавливали и раньше, но в качестве электрода там применялся оксид индия-олова — тоже прозрачный, но слишком хрупкий материал. 3D-печать гибким полимером открывает много новых возможностей для применения маленьких солнечных панелей.
Они, подобно сэндвичу, состоят из нескольких слоев. Чтобы получить электрический ток, нужен фотоактивный слой, который под воздействием солнечного света отдает электроны, и катодный электрод, который принимает электроны. Команда из университета KAUST придумала собственную формулу чернил для печати каждого слоя «сэндвича».
В качестве электрода использовался гибкий полимер (PEDOT: PSS), а в качестве фотоактивного слоя — органический материал (P3HT:O-IDTBR). Для улучшения экстракции электронов авторы добавили слой оксида цинка (ZnO). Весь этот бутерброд упаковали в слой парилена — гибкого, водонепроницаемого и биосовместимого защитного покрытия.
Такие солнечные панели можно печатать на стекле или ультратонких, гибких подложках. Они выдержали испытание на водостойкость, проведя по шесть часов в обычной и в соленой морской воде. В первую очередь тонкие солнечные панели пригодятся как источники энергии для миниатюрных медицинских устройств и датчиков, закрепленных прямо на коже или даже внутренних органах человека.