Ultradunne, ultraflexibele zonnecellen voor wearable elektronica

Zuid-Koreaanse wetenschappers hebben ultradunne zonnecellen gemaakt die zo flexibel zijn dat ze rond een potlood kunnen worden gebogen. De buigzame zonnecellen zouden wearable elektronica kunnen voeden, zoals fitmess-trackers en smart glasses.

 "Onze zonnecel is ongeveer 1 micrometer dik", zegt Jongho Lee, engineer op het Gwangju Institute of Science and Technology in Zuid Korea. Standaard cellen zijn gewoonlijk honderden malen dikker, en zelfs de meeste andere dunne zonnecellen zijn nog twee tot vier maal zo dik.

 

De ultradunne zonnecel van de onderzoekers is gemaakt van de halgeleider galliumarsenide. Ze ‘stempelden' de cellen rechtstreeks op een flexibel substraat zonder daarbij een lijm te gebruiken en daardoor de cel dikker te maken. De cellen zijn daarna ‘koud gesoldeerd' aan de elektrode op het substraat door druk uit te oefenen bij 170 graden Celsius  

De metalen onderlaag dient ook als reflector om verstrooide fotonen terug te richten op de actieve cel.

 

De onderzoekers testten het rendement waarmee de cel zonlicht omzet in elektriciteit en ontdekten dat het vergelijkbaar is met soortgelijke, maar dikkere fotocellen. Ook werden buigproeven uitgevoerd, waarbij bleek dat de cellen kunnen worden gebogen rond een straal van 1,4 millimeter.

Het  team voerde tevens een numerieke analyse uit met als conclusie dat hun cel bij buiging slechts een een kwart van de rekkrachten ondervindt vergeleken met die van een vergelijkbare cel van 3,5 mm dik. "De dunnere cellen zijn minder fragiel bij buiging maar presteren hetzelfde of zelfs ietsje beter", zegt Lee.

 

Er zijn ook andere onderzoeksteams die zonnecellen hebben gemaakt met een dikte van ongeveer 1 micrometer, maar zij produceerden de cellen op andere manieren, bijvoorbeeld door het wegetsen van het hele substraat.

Door het transfer-printen in plaats van etsen kan de nieuwe methode van Lee en zijn collega's worden gebruikt om zeer flexibele zonnecellen te maken met een kleinere hoeveelheid materiaal.

 

Het artikel "Ultra-thin Flexible GaAs Photovoltaics in Vertical Forms Printed on Metal Surfaces without Interlayer Adhesives," is geschreven door Juho Kim, Jeongwoo Hwang, Kwangsun Song, Namyun Kim, Jae Cheol Shin en Jongho Lee. Het is gepubliceerd in  Applied Physics Letters op 20 juni 2016 (DOI: 10.1063/1.4954039). Het is in te zien via http://www.scitation.aip.org/content/aip/journal/apl/108/25/10.1063/1.4954039

De auteurs zijn verbonden aan het Gwangju Institute of Science and Technology, het Korea Photonics Technology Institute en de Yeungnam University.