Quelle: riken.jp
Die von einem reinen RIKEN-Team entwickelte Wärmeschrumpftechnologie könnte es ermöglichen, Solarzellen und Berührungssensoren an Objekten anzubringen, deren Formen es schwierig machen, sie zu laminieren1.
Jüngste Studien haben gezeigt, dass gekrümmte Solarzellenmodule das Sonnenlicht an bewölkten Tagen effizienter einfangen als flache. Eine Möglichkeit, gekrümmte Elektronik herzustellen, ist mit gummiartigen Substraten, aber Solarzellen auf solchen Substraten haben normalerweise eine viel geringere Leistung. Im Gegensatz dazu haben Solarzellen, die auf flexiblen Platten hergestellt werden, einen hohen Wirkungsgrad, können aber schwierig an gekrümmten Oberflächen befestigt werden - eine Tatsache, die jeder, der versucht hat, einen Fußball zu verpacken, bestätigen kann.
Forscher unter der Leitung von Takao Someya vom RIKEN Center for Emergent Matter Science erkannten, dass dieses Problem mit Schrumpffolien überwunden werden könnte, die üblicherweise zur Verkapselung von Produkten wie rezeptfreien Medikamenten verwendet werden. Während die meisten Elektronikgeräte zu starr oder zerbrechlich sind, um an Schrumpffolie befestigt zu werden, ist das Team auf die Herstellung ultradünner Geräte mit einzigartigen Eigenschaften spezialisiert.
"Wenn ein Material dünner wird, wird es flexibler – deshalb können wir Aluminiumfolie von Hand zerknüllen, aber auch Aus Aluminium Fahrräder herstellen", erklärt Postdoktorand Steven Rich. "Obwohl wir starre Materialien wie Metalle und Kunststoffe verwenden, sind sie dreimal dünner als eine Einkaufstüte und können sich sehr stark biegen, ohne zu brechen."
Rich und drei RIKEN-Kollegen befestigten eine nicht dehnbare, aber flexible Polymerfolie an einer Schrumpffolie und verwendeten dann Mikroskopie, um die Schichtstruktur während verschiedener Hitzeeinwirkungen zu beobachten. Diese Tests ergaben, dass die ultradünnen Blätter die Belastung durch die Kompression durch die Bildung winziger Falten und Falten linderten, da die Fläche des Geräts um bis zu 70% schrumpfte.
Durch die Kontrolle der Größe dieser Falten und die Auswahl von Materialien, die sowohl Hitze als auch starke Faltenbildung überstehen können, fand das RIKEN-Team heraus, dass sie vorgefertigte organische Photovoltaikmodule auf runde Objekte (Abb. 1) sowie auf solche mit scharfen Winkeln und unregelmäßigen Krümmungen, einschließlich Kunststofffelsen und traditionellen japanischen Daruma-Puppen, schrumpfen konnten.
Obwohl die Forscher davon ausgingen, dass das Schrumpfen die Photovoltaik-Komponenten beschädigen und die Geräteleistung verringern könnte, trat das Gegenteil ein. Experimente zeigten, dass die photonischen Eigenschaften der schrumpfinduzierten Faltenstrukturen die Lichtabsorption verbesserten und die Wirkungsgrade der Leistungsumwandlung gegenüber planaren Geräten um bis zu 17% erhöhten.
Das Team verwendete auch Schrumpffolie, um den Griff einer Teetasse mit einem elektronischen Berührungssensor zu laminieren - eine heikle Leistung, die als Beispiel dafür dient, wie diese Technologie weit verbreitet angewendet werden könnte. "Wir könnten Sensoren zusammen mit Displays, Stromerzeugungssystemen und Transistoren integrieren, um interaktive Schnittstellen zu schaffen", sagt Rich.
