Źródło: riken.jp
Technologia termokurczliwa opracowana przez zespół RIKEN może umożliwić przymocowanie ogniw słonecznych i czujników dotykowych do obiektów, których kształty sprawiają, że są one trudne do laminowania1.
Ostatnie badania wykazały, że zakrzywione panele ogniw słonecznych wychwytują światło słoneczne skuteczniej niż płaskie w pochmurne dni. Jednym ze sposobów produkcji zakrzywionej elektroniki są podłoża podobne do gumy, ale ogniwa słoneczne na takich podłożach mają zwykle znacznie niższą wydajność. W przeciwieństwie do tego, ogniwa słoneczne wytwarzane na elastycznych arkuszach mają wysoką wydajność, ale mogą być trudne do przymocowania do zakrzywionych powierzchni - fakt, który każdy, kto próbował zapakować piłkę nożną, może potwierdzić.
Naukowcy pod kierownictwem Takao Someya z RIKEN Center for Emergent Matter Science zdali sobie sprawę, że problem ten można przezwyciężyć za pomocą folii termokurczliwych, które są powszechnie stosowane do kapsułkowania produktów, takich jak leki dostępne bez recepty. Podczas gdy większość elektroniki jest zbyt sztywna lub delikatna, aby można ją było przymocować do folii termokurczliwej, zespół specjalizuje się w produkcji ultracienkich urządzeń o unikalnych właściwościach.
"Kiedy materiał staje się cieńszy, staje się bardziej elastyczny - dlatego możemy ręcznie zgnieść folię aluminiową, ale możemy również użyć aluminium do produkcji rowerów" - wyjaśnia doktor habilitowany Steven Rich. "Chociaż używamy sztywnych materiałów, takich jak metale i tworzywa sztuczne, są one trzy razy cieńsze niż torba na zakupy i mogą zginać się bardzo ostro bez łamania."
Rich i trzej koledzy z RIKEN przymocowali nierozciągliwy, ale elastyczny arkusz polimerowy do folii termokurczliwej, a następnie użyli mikroskopii do obserwacji warstwowej struktury podczas różnych ekspozycji na ciepło. Testy te wykazały, że ponieważ powierzchnia urządzenia zmniejszyła się nawet o 70%, ultracienkie arkusze złagodziły obciążenie kompresji, tworząc drobne zmarszczki i fałdy.
Kontrolując rozmiar tych zmarszczek i wybierając materiały zdolne do przetrwania zarówno ciepła, jak i silnych zmarszczek, zespół RIKEN odkrył, że mogą zmniejszyć prefabrykowane organiczne moduły fotowoltaiczne na okrągłych obiektach (rys. 1), a także tych o ostrych kątach i nieregularnych krzywiznach, w tym plastikowych skałach i tradycyjnych japońskich lalkach Daruma.
Chociaż naukowcy przewidywali, że kurczenie się może uszkodzić komponenty fotowoltaiczne i zmniejszyć wydajność urządzenia, stało się odwrotnie. Eksperymenty wykazały, że właściwości fotoniczne struktur zmarszczek indukowanych kurczeniem się poprawiły absorpcję światła, zwiększając wydajność konwersji mocy nawet o 17% w porównaniu z urządzeniami planarnymi.
Zespół wykorzystał również folię termokurczliwą do laminowania uchwytu filiżanki z elektronicznym czujnikiem dotykowym - delikatny wyczyn, który służy jako przykład tego, jak ta technologia może być szeroko stosowana. "Moglibyśmy włączyć czujniki wraz z wyświetlaczami, systemami generowania energii i tranzystorami, aby stworzyć interaktywne interfejsy" - mówi Rich.
