Solceller kan nu göras så tunna, lätta och flexibla så att de kan vila på en tvålbubbla. De nya cellerna, som effektivt fångar energi från ljus, kan erbjuda ett alternativt sätt att driva nya elektroniska enheter, såsom medicinska hudplåster, där konventionella energikällor är olämpliga.

"Den enorma utvecklingen inom elektronisk hud för robotar, sensorer för flygande enheter och biosensorer för att upptäcka sjukdomar är alla begränsade när det gäller energikällor, "säger Eloïse Bihar, en postdoc i Derya Barans team, som ledde forskningen. "I stället för skrymmande batterier eller anslutning till ett elnät, vi tänkte använda lätt, ultratunna organiska solceller för att skörda energi från ljus, vare sig inomhus eller utomhus. "

Tills nu, ultratunna organiska solceller tillverkades vanligtvis genom snurrbeläggning eller termisk avdunstning, som inte är skalbara och som begränsar enhetens geometri. Denna teknik involverade att använda en transparent och ledande, men spröd och oflexibel, material som kallas indiumtennoxid (ITO) som en elektrod. För att övervinna dessa begränsningar, laget använde bläckstråleskrivare. "Vi formulerade funktionella bläck för varje lager av solcellsarkitekturen, säger Daniel Corzo, en doktorsexamen student i Barans team.

Istället för ITO, laget skrev ut en transparent, flexibel, ledande polymer kallad PEDOT:PSS, eller poly (3, 4-etylendioxietiofen) polystyrensulfonat. Elektrodlagren klämde in ett ljusfångande organiskt fotovoltaiskt material. Hela enheten kan förseglas i parylen, en flexibel, vattentät, biokompatibel skyddande beläggning.

Även om bläckstråleskrivare är mycket lätt att skala upp och till låg kostnadstillverkning, att utveckla funktionella bläck var en utmaning, Corzo noterar. "Bläckstråleskrivare är en vetenskap i sig, "säger han." De intermolekylära krafterna i patronen och bläcket måste övervinnas för att mata ut mycket fina droppar från det mycket lilla munstycket. Lösningsmedel spelar också en viktig roll när bläcket har deponerats eftersom torkbeteendet påverkar filmkvaliteten. "

Efter att ha optimerat bläckkompositionen för varje lager av enheten, solcellerna trycktes på glas för att testa deras prestanda. De uppnådde en effektomvandlingseffektivitet (PCE) på 4,73 procent, slog det tidigare rekordet på 4,1 procent för en fulltryckt cell. För första gången, laget visade också att de kunde skriva ut en cell på ett ultratunt flexibelt underlag, nå en PCE på 3,6 procent.

"Våra fynd markerar en språngbräda för en ny generation av mångsidiga, ultralätta tryckta solceller som kan användas som strömkälla eller integreras i hudbaserade eller implanterbara medicintekniska produkter, "Säger Bihar.