Bron: riken.jp
Krimpkoustechnologie, ontwikkeld door een volledig RIKEN-team, kan het mogelijk maken om zonnecellen en aanraaksensoren te bevestigen aan objecten waarvan de vormen ze een uitdaging maken om te lamineren1.
Recente studies hebben aangetoond dat gebogen zonnecelpanelen zonlicht efficiënter opvangen dan platte op bewolkte dagen. Een manier om gebogen elektronica te produceren is met rubberachtige substraten, maar zonnecellen op dergelijke substraten hebben meestal veel lagere prestaties. Zonnecellen vervaardigd op flexibele vellen hebben daarentegen een hoog rendement, maar kunnen moeilijk te bevestigen zijn aan gebogen oppervlakken - een feit dat iedereen die heeft geprobeerd een voetbal cadeau te doen, kan bevestigen.
Onderzoekers onder leiding van Takao Someya van het RIKEN Center for Emergent Matter Science realiseerden zich dat dit probleem kan worden overwonnen met behulp van krimpfolies, die vaak worden gebruikt om producten zoals vrij verkrijgbare medicijnen in te kapselen. Hoewel de meeste elektronica te stijf of fragiel is om aan krimpfolie te worden bevestigd, is het team gespecialiseerd in het produceren van ultradunne apparaten met unieke eigenschappen.
"Wanneer een materiaal dunner wordt, wordt het flexibeler - daarom kunnen we aluminiumfolie met de hand verfrommelen, maar kunnen we ook aluminium gebruiken om fietsen te maken", legt postdoctoraal onderzoeker Steven Rich uit. "Hoewel we stijve materialen zoals metalen en kunststoffen gebruiken, zijn ze drie keer dunner dan een boodschappentas en kunnen ze heel scherp buigen zonder te breken."
Rich en drie RIKEN-collega's bevestigden een niet-rekbare maar flexibele polymeerplaat aan een krimpfolie en gebruikten vervolgens microscopie om de gelaagde structuur te observeren tijdens verschillende blootstellingen aan hitte. Uit deze tests bleek dat, naarmate het gebied van het apparaat tot 70% kromp, de ultradunne vellen de spanning van compressie verlichtten door kleine rimpels en plooien te vormen.
Door de grootte van deze rimpels te beheersen en materialen te kiezen die zowel hitte als ernstig rimpelen kunnen overleven, ontdekte het RIKEN-team dat ze geprefabriceerde organische fotovoltaïsche modules konden verkleinen op ronde objecten (fig. 1) en op objecten met scherpe hoeken en onregelmatige krommingen, waaronder plastic rotsen en traditionele Japanse Daruma-poppen.
Hoewel de onderzoekers verwachtten dat krimp de fotovoltaïsche componenten zou kunnen beschadigen en de prestaties van het apparaat zou verminderen, gebeurde het tegenovergestelde. Experimenten toonden aan dat de fotonische eigenschappen van de door krimp geïnduceerde rimpelstructuren de lichtabsorptie verbeterden, waardoor de efficiëntie van de energieconversie met maximaal 17% werd verhoogd ten opzichte van vlakke apparaten.
Het team gebruikte ook krimpfolie om het handvat van een theekopje te lamineren met een elektronische aanraaksensor - een delicate prestatie die dient als een voorbeeld van hoe deze technologie op grote schaal kan worden toegepast. "We zouden sensoren kunnen integreren samen met displays, energieopwekkingssystemen en transistors om interactieve interfaces te creëren," zegt Rich.
