Zonnecellen kunnen nu zo dun worden gemaakt, licht en flexibel dat ze op een zeepbel kunnen rusten. De nieuwe cellen, die efficiënt energie van licht opvangen, een alternatieve manier zou kunnen bieden om nieuwe elektronische apparaten van stroom te voorzien, zoals medische huidpleisters, waar conventionele energiebronnen ongeschikt zijn.

"De enorme ontwikkelingen in elektronische huid voor robots, sensoren voor vliegende apparaten en biosensoren om ziekte te detecteren zijn allemaal beperkt in termen van energiebronnen, " zegt Eloïse Bihar, een postdoc in het team van Derya Baran, die het onderzoek leidde. "In plaats van grote batterijen of een aansluiting op een elektriciteitsnet, we dachten aan het gebruik van lichtgewicht, ultradunne organische zonnecellen om energie uit licht te halen, binnen of buiten."

Tot nu, ultradunne organische zonnecellen werden meestal gemaakt door spincoating of thermische verdamping, die niet schaalbaar zijn en die de apparaatgeometrie beperken. Deze techniek omvatte het gebruik van een transparante en geleidende, maar broos en onbuigzaam, materiaal genaamd indiumtinoxide (ITO) als elektrode. Om deze beperkingen te overwinnen, het team paste inkjetprinten toe. "We hebben functionele inkten geformuleerd voor elke laag van de zonnecelarchitectuur, " zegt Daniël Corzo, een doctoraat student in het team van Baran.

In plaats van ITO, het team drukte een transparante, flexibel, geleidend polymeer genaamd PEDOT:PSS, of poly(3, 4-ethyleendioxythiofeen) polystyreensulfonaat. De elektrodelagen lagen ingeklemd tussen een lichtopnemend organisch fotovoltaïsch materiaal. Het hele apparaat zou binnen paryleen kunnen worden verzegeld, een flexibele, waterbestendig, biocompatibele beschermende coating.

Hoewel inkjetprinten zeer geschikt is om op te schalen en tegen lage kosten te produceren, het ontwikkelen van de functionele inkten was een uitdaging, Corzo merkt op. "Inkjetprinten is een wetenschap op zich, "zegt hij. "De intermoleculaire krachten in de cartridge en de inkt moeten worden overwonnen om zeer fijne druppeltjes uit de zeer kleine spuitmond te werpen. Oplosmiddelen spelen ook een belangrijke rol als de inkt eenmaal is afgezet, omdat het drooggedrag de filmkwaliteit beïnvloedt."

Na het optimaliseren van de inktsamenstelling voor elke laag van het apparaat, de zonnecellen werden op glas geprint om hun prestaties te testen. Ze behaalden een stroomconversie-efficiëntie (PCE) van 4,73 procent, het vorige record van 4,1 procent verslaan voor een volledig bedrukte cel. Voor de eerste keer, het team toonde ook aan dat ze een cel op een ultradun flexibel substraat konden printen, het bereiken van een PCE van 3,6 procent.

"Onze bevindingen vormen een opstap naar een nieuwe generatie veelzijdige, ultralichtgewicht geprinte zonnecellen die kunnen worden gebruikt als stroombron of kunnen worden geïntegreerd in op de huid gebaseerde of implanteerbare medische apparaten, ' zegt Bihar.