可拉伸太陽能電池，科研領域的重大突破

日本理化學研究所新興物質科學中心的研究人員開發出一種新型可拉伸太陽能電池，據該大學的一份新聞稿所述，這種太陽能電池可以拉伸至其原始尺寸的近 1.5 倍，而其功率轉換效率僅下降 20%。這種太陽能電池能夠爲下一代無需外接充電的可穿戴設備提供動力。

如今市場上的智能手錶和健康追蹤器可以監測從心率到血氧、壓力甚至血糖水平等廣泛的健康參數。這促使人們去研究開發能夠監測特定疾病狀況相關參數的專業可穿戴設備。

隨着這些可穿戴設備變得越來越複雜，患者和個人必須一直佩戴它們，以確保實現全天候跟蹤。然而，這些設備由電池供電，需要取下充電。

光伏或 太陽能電池 將陽光直接轉化爲運行這些設備所需的電能。然而，太陽能電池是極其堅硬的結構體，跟蹤設備以其當前的形式無法攜帶它們。

爲了克服這個問題，研究人員一直在致力於開發能爲可穿戴設備供電的可拉伸太陽能電池。

太陽能電池由多層的多種組件構成，傳統上被構建爲剛性結構。“它們類似於用於包裹食物的保鮮膜——你或許能把它們拉伸 1%或者 2%，但 10%是不可能的，因爲它們很容易撕裂，”日本理化學研究所的高級研究科學家福田健次郎在一則新聞稿中說道。

“我們的方法非常簡單——我們在設備的每個功能層都用了可拉伸材料，”福田補充道。“但雖說概念簡單，方法卻極具挑戰性，因爲我們必須在每層的拉伸性和其性能之間取得平衡。”

爲實現這一目標，福田的團隊在太陽能電池的電極層中使用了一種被確定爲 ION E 的有機化合物。在進行性能測試時，研究人員發現，即使該材料被拉伸 50%，即達到其原始尺寸的 1.5 倍，其 功率轉換效率 僅損失 20%。

添加 ION E 還產生了一個意想不到但有益的效果。這種有機化合物改善了電極與其上下層之間的附着力。“這對我們而言是個驚喜，”福田說。“我們沒想到 ION E 會增加層間的附着力。”

得益於附着力的提升，電極現在可以分擔來自活性層（負責將光轉化爲電子的那一層）的應變，同時也提高了器件的拉伸性。研究團隊打算利用這一點來製造表面積大的太陽能電池，從而產生更大的能量輸出。然而，帶有可拉伸太陽能電池的可穿戴設備不會很快上市。

研究人員仍需攻克另一個難題——聚合物的低導電性，其承載着所產生的電流。“我們當下正在探尋攻克這一瓶頸的辦法，”福田在新聞稿中總結道。

這項研究結果發表於《自然通訊》。