वास्तव में स्व-संचालित पहनने योग्य उपकरणों को विकसित करने की दौड़ हाल के वर्षों में नाटकीय रूप से तेजी से बढ़ी है, जिसमें हल्के और लचीले सौर कोशिकाएं एक कोनेस्टोन प्रौद्योगिकी के रूप में उभरती हुई हैं। ये फोटोवोल्टिक सामग्री अब कठोर ग्लास पैनलों तक सीमित नहीं हैं; वे अब मुड़े हुए, लुढ़काया और यहां तक कि स्ट्रेच्ड हो सकते हैं, जो सीधे कपड़ों, चिकित्सा पैच और रोज़मर्रा के सामान में ऊर्जा कटाई को एकीकृत करने की नई संभावनाओं को खोल सकते हैं। हाल के ब्रेकथ्रू्स पहनने योग्य, स्वायत्त, टिकाऊ और उपयोगकर्ता के अनुकूल बनाने का वादा करते हैं।

क्या लचीले सौर सेल हैं?

लचीला सौर कोशिकाएं पतली फिल्म फोटोवोल्टिक उपकरण हैं जो बिना ब्रेक के घुमावदार या अनियमित सतहों के अनुरूप हो सकते हैं। पारंपरिक क्रिस्टलीय सिलिकॉन पैनलों के विपरीत, जो भंगुर और भारी होते हैं, लचीला कोशिकाएं सब्सट्रेट पर बनाई जाती हैं जैसे कि प्लास्टिक, धातु पन्नी, या कपड़े। यह यांत्रिक अनुपालन उन्हें कपड़ा में एम्बेडेड होने की अनुमति देता है, बैकपैक से जुड़ा हुआ है, या यहां तक कि किसी व्यक्ति की त्वचा पर भी घुड़सवार हो सकता है। कुंजी सक्षम कार्बनिक अर्धचालकों, perovskite क्रिस्टल या अन्य उपन्यास सामग्री का उपयोग है जो विश्वसनीय रहने के दौरान हल्के ढंग से प्रकाश को अवशोषित कर सकता है।

ये कोशिकाएं आम तौर पर मोटाई में केवल कुछ माइक्रोमीटर को मापती हैं, जिससे उन्हें पारंपरिक पैनलों की तुलना में परिमाण का आदेश दिया जाता है। उदाहरण के लिए, एक लचीला perovskite सेल का वजन प्रति वर्ग मीटर 10 ग्राम से कम हो सकता है, जिसकी तुलना में एक मानक ग्लास मॉड्यूल के लिए प्रति वर्ग मीटर 15-20 किलोग्राम प्रति वर्ग मीटर की तुलना में होती है। यह वजन घटाने पहनने योग्य अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है जहां हर ग्राम के मामले में हर ग्राम के मामले होते हैं।

हाल ही में तकनीकी नवाचार

लचीली सौर कोशिकाओं में अनुसंधान ने गहन किया है, जिसमें दुनिया भर की प्रयोगशालाओं ने दक्षता, स्थायित्व और विनिर्माण क्षमता में नए रिकॉर्ड हासिल किए हैं। निम्नलिखित उपधाराएं सबसे आशाजनक प्रगति का विस्तार करती हैं।

Perovskite आधारित सौर सेल

Perovskite सामग्री उनके असाधारण प्रकाश अवशोषण और सरल निर्माण के कारण एक केंद्र बिंदु बन गया है। लचीला रूप में, perovskite सौर कोशिकाओं 20% से अधिक बिजली रूपांतरण क्षमता तक पहुंच गया है, कई कठोर समकक्षों का प्रतिद्वंद्विता। में वैज्ञानिकों ने "राष्ट्रीय अक्षय ऊर्जा प्रयोगशाला (NREL) ने बेंडेबल पेरोवस्काइट मॉड्यूल का प्रदर्शन किया है जो 1,000 झुकने चक्र के बाद अपनी प्रारंभिक दक्षता का 90% बनाए रखता है। हाल के काम ने नमी और ऑक्सीजन से perovskites की रक्षा के लिए encapsulation तरीकों पर भी ध्यान केंद्रित किया है, दो प्रमुख गिरावट कारक।

एक अन्य नवाचार में परोवस्काइट परत में स्वयं-चिकित्सा पॉलिमर का उपयोग करना शामिल है। यदि माइक्रोक्रैक्स बार-बार फ्लेक्सिंग के दौरान बनते हैं, तो ये सामग्री स्वचालित रूप से क्षति की मरम्मत कर सकती है, जिससे डिवाइस के परिचालन जीवनकाल में काफी वृद्धि होती है। यह लचीला perovskite सौर कोशिकाओं के व्यावसायिक गोद लेने के लिए सबसे बड़ी बाधाओं में से एक को हल करता है।

कार्बनिक फोटोवोल्टिक सामग्री

कार्बन आधारित अर्धचालकों से बने कार्बनिक सौर कोशिकाओं को आंतरिक रूप से लचीला किया जाता है और इसे रोल-टू-रोल प्रक्रियाओं का उपयोग करके मुद्रित किया जा सकता है। हाल के घटनाक्रम ने अपनी क्षमता को छोटे क्षेत्र के उपकरणों के लिए 18% से अधिक बढ़ा दिया है। शोधकर्ताओं ने कार्बनिक पॉलिमर भी विकसित किए हैं जो निकट अवरक्त स्पेक्ट्रम में अवशोषित करते समय दृश्य प्रकाश के लिए पारदर्शी हैं। इन अर्ध पारदर्शी कोशिकाओं को दृष्टि में बाधा डालने के बिना चेहरे या चश्मे के लेंस पर टुकड़े टुकड़े किया जा सकता है, जिससे उन्हें निरंतर बिजली उत्पादन के लिए आदर्श बनाया जा सकता है।

एक उल्लेखनीय मील का पत्थर ]] में टीमों द्वारा हासिल किया गया था कैंब्रिज की विश्वविद्यालय, जिसने एक कपड़े के एकीकृत कार्बनिक सौर सेल का प्रदर्शन किया जो सीधे सूर्य के प्रकाश और इनडोर प्रकाश व्यवस्था दोनों के तहत एक फिटनेस ट्रैकर को शक्ति दे सकता है। सामग्री को सीधे कपड़े में बुना गया था, जिससे कठोर कनेक्टर की आवश्यकता को समाप्त किया गया।

नैनोमटेरियल एन्हांसमेंट

नैनो सामग्री जैसे कि ग्रेफाइटीन, कार्बन नैनोट्यूब और क्वांटम डॉट्स का उपयोग चार्ज ट्रांसपोर्ट, लाइट अवशोषण और मैकेनिकल लचीलेपन में सुधार के लिए किया जा रहा है। उदाहरण के लिए, ग्राफेन इलेक्ट्रोड लगभग पतले होने के दौरान उत्कृष्ट चालकता प्रदान करते हैं। वे पारदर्शी संचालन ऑक्साइड जैसे आईटीओ की जगह ले सकते हैं, जो भंगुर हैं और लचीले उपकरणों में क्रैक करने के लिए प्रेरित हैं। ACS नैनो पत्र में शोधकर्ताओं ने एक graphene-perovskite हाइब्रिड विकसित किया है जिसने उत्कृष्ट मोड़ लचीलापन के साथ एक लचीला पॉलीमाइड सब्सट्रेट पर 16% दक्षता हासिल की है।

एक अन्य दृष्टिकोण पतली अवशोषण परत के अंदर जाल प्रकाश के लिए तांबे या जस्ता ऑक्साइड से बना नैनोवायर का उपयोग करता है, मोटाई बढ़ने के बिना दक्षता को बढ़ा देता है। इन नैनोसंरचनात्मक सतहों को भी धूल और पसीना को पीछे हटाने के लिए हाइड्रोफोबिक बनाया जा सकता है, सक्रिय वातावरण में इस्तेमाल किए जाने वाले पहनने योग्य लोगों के लिए एक व्यावहारिक आवश्यकता।

अनुप्रयोगों में पहनने योग्य

पहनने योग्य में लचीली सौर कोशिकाओं का एकीकरण प्रयोगशाला प्रदर्शनों से परे वास्तविक दुनिया के प्रोटोटाइप और प्रारंभिक वाणिज्यिक उत्पादों में ले जाया गया है। यहां कुछ सबसे प्रभावशाली अनुप्रयोग हैं:

स्मार्टवॉच और फिटनेस बैंड

कई कंपनियों ने पतली फिल्म सौर कोशिकाओं को घड़ी के चेहरे या बैंड में एम्बेडेड किया है। उदाहरण के लिए, गार्मिन की फेनिक्स 6X प्रो सोलर एक पारदर्शी पाउडर आधारित सौर फिल्म का उपयोग करती है जो बाहरी परिस्थितियों में 30% तक बैटरी जीवन को बढ़ाती है। नवीनतम पीढ़ी एक लचीली, रैपराउंड सौर सेल का उपयोग करती है जो कम रोशनी में भी चार्ज करती है। ये कोशिकाएं सामान्य उपयोग के दौरान अदृश्य हैं, घड़ी की सुंदरता को संरक्षित करती हैं। भविष्य के संस्करण पर्याप्त दैनिक सूर्य एक्सपोज़र वाले उपयोगकर्ताओं के लिए पूरी तरह से वायर्ड चार्जिंग की आवश्यकता को समाप्त कर सकते हैं।

स्मार्ट क्लोथिंग और वस्त्र

फोटोवोल्टिक वस्त्र शायद सबसे अधिक महत्वाकांक्षी अनुप्रयोग हैं। इंजीनियर्स ने सीधे जैकेट, बैकपैक्स और यहां तक कि जूते में लचीला सौर फाइबर बुना है। फाइबर एक पतली तांबे के तार से बने होते हैं जो एक फोटोएक्टिव पेरोवस्काइट परत और एक पारदर्शी इलेक्ट्रोड के साथ लेपित होते हैं। प्रत्येक फाइबर व्यास में केवल कुछ सौ माइक्रोमीटर है, फिर भी 10 मिली वाट प्रति सेंटीमीटर तक उत्पन्न हो सकता है। जब कपड़े में बुना जाता है, तो एक पैच एक हाथ का आकार एक स्मार्टफोन को चार्ज करने या जीपीएस ट्रैकर चलाने के लिए पर्याप्त शक्ति पैदा कर सकता है।

एक व्यावहारिक उदाहरण "सोलर जैकेट" है जिसे ]Kaiser Research Group] द्वारा विकसित किया गया है, जिसमें लचीला सौर पैनल कंधे में सिलवाया गया है। पैनल जलरोधक और मशीन-धोने योग्य हैं, जो सामान्य स्थायित्व चिंताओं को संबोधित करते हैं। फील्ड परीक्षणों में, स्कीइंग का एक पूरा दिन लगातार GoPro कैमरा को शक्ति देने के लिए पर्याप्त ऊर्जा पैदा करता है।

स्वास्थ्य निगरानी पैच

मेडिकल पहनने योग्य लचीले सौर कोशिकाओं के लिए एक प्राकृतिक फिट हैं क्योंकि उन्हें अक्सर बैटरी स्वैप के बिना दिनों या सप्ताह के लिए काम करने की आवश्यकता होती है। सतत ग्लूकोज मॉनिटरिंग, हृदय गति, या ईसीजी के लिए पैच-प्रकार सेंसर अब अपनी शीर्ष परत पर एक पतली, लचीला सौर सेल को शामिल कर सकते हैं। यह सेल परिवेश प्रकाश को बिजली में परिवर्तित करता है जो सेंसर को शक्ति देता है और वायरलेस रूप से डेटा संचारित करता है। Nature Electronics]] में प्रकाशित एक अध्ययन ने एक त्वचा-घुड़सवार पैच का प्रदर्शन किया जो पारदर्शी, stretchable सौर सेल के माध्यम से प्रकाश काटा हुआ है, जो बिना प्रतिस्थापन के अनिश्चित संचालन को सक्षम बनाता है।

ये पैच एक छोटे से एकीकृत सुपरकैपेसिटर में अतिरिक्त ऊर्जा को स्टोर भी कर सकते हैं, जो नींद के दौरान या कपड़ों से ढके हुए बिजली प्रदान करते हैं। पूरी असेंबली 2 मिमी मोटी से कम है और बिना किसी आंदोलन के शरीर के समोच्चों के अनुरूप होती है।

चुनौतियां और भविष्य की दिशा

प्रभावशाली प्रगति के बावजूद, कई तकनीकी और वाणिज्यिक बाधाएं पहनने योग्य में लचीली सौर कोशिकाओं को मानक बनाने से पहले बनी रहती हैं।

दीर्घकालिक स्थिरता

Perovskites और जैविक सामग्री ऑक्सीजन और नमी के प्रति काफी संवेदनशील हैं। जबकि encapsulation तकनीकों में सुधार हुआ है, वे लागत और जटिलता जोड़ते हैं। लचीले कोशिकाओं को बार-बार झुकने, धोने और पसीना के संपर्क से यांत्रिक तनाव का सामना करना पड़ता है। वर्तमान पीढ़ी के कार्बनिक कोशिकाएं आम तौर पर 1,000 घंटे के आउटडोर उपयोग के बाद अपनी दक्षता का 20-30% खो देती हैं। शोधकर्ता परमाणु परत जमावट और लचीला ग्लास समग्र से बने बाधा फिल्मों की खोज कर रहे हैं ताकि उपभोक्ता उम्मीदों (2+ साल) से मिलान हो सके।

Scalable विनिर्माण

रोल-टू-रोल प्रिंटिंग एक आशाजनक कम लागत वाली उत्पादन विधि है, लेकिन कठोर सिलिकॉन कोशिकाओं की तुलना में उपज कम रहती है। लचीला सब्सट्रेट में दोष सहिष्णुता अधिक चुनौतीपूर्ण है, और बड़े क्षेत्र के मॉड्यूल में लगातार प्रदर्शन अभी भी अनुकूलित किया जा रहा है। Oxford PV और ]Heliatek]] ने पायलट पैमाने के उत्पादन में प्रगति की है, लेकिन प्रति वाट लागत पारंपरिक पैनलों से अधिक है। पहनने योग्य के लिए लाखों इकाइयों को स्केलिंग को आगे स्वचालन और गुणवत्ता नियंत्रण सफलता की आवश्यकता होगी।

सुरक्षा और आराम

पहनने योग्य के लिए, सौर सेल को त्वचा की जलन, अति ताप या असुविधा का कारण नहीं होना चाहिए। लीड-आधारित पेरोवस्काइट्स विषाक्तता की चिंताओं को बढ़ाते हैं, हालांकि लीड-फ्री विकल्प (टिन-आधारित या बिस्मथ-आधारित) को तुलनात्मक दक्षता के साथ विकसित किया जा रहा है। इसके अतिरिक्त, कोशिकाओं को कपड़ा एकीकरण के लिए सांस लेना चाहिए, और सभी इलेक्ट्रॉनिक घटकों को पसीना या बारिश से शॉर्ट सर्किट को रोकने के लिए encapsulated होना चाहिए। पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए मानक, जैसे कि IEC 62321, को लचीली फोटोवोल्टिक घटकों को कवर करने के लिए अद्यतन किया जा रहा है।

भविष्य निर्देश

आगे देख, ध्यान बहु जंक्शन लचीला कोशिकाओं है कि पूरे सौर स्पेक्ट्रम भर में प्रकाश फसल कर सकते हैं करने के लिए स्थानांतरित हो जाएगा, संभावित रूप से 30% से ऊपर क्षमता हासिल करने। एक और रोमांचक दिशा "hybrid" हारवेस्टर कि शरीर गति और गर्मी से ऊर्जा पर कब्जा करने के लिए piezoelectric या thermoelectric घटकों के साथ लचीला सौर कोशिकाओं को जोड़ती है। इस तरह के एकीकृत सिस्टम प्रभावी ढंग से ऊर्जा स्वायत्त बना सकते हैं, कम करने या किसी भी बैटरी की जरूरत को समाप्त कर सकते हैं।

पारदर्शी और निकटवर्ती सौर कोशिकाओं में अग्रिम भी बढ़ी हुई वास्तविकता चश्मे, सुनवाई एड्स और स्मार्ट गहने में उनके उपयोग को सक्षम करेगा। अंतिम लक्ष्य ऊर्जा को हर रोज की वस्तुओं की एक निष्क्रिय, अदृश्य विशेषता बनाने के लिए है, इसलिए उपयोगकर्ता फिर से चार्ज करने के बारे में कभी नहीं सोचता है।

चूंकि प्रौद्योगिकी परिपक्व होती है, भौतिक वैज्ञानिकों, कपड़ा इंजीनियरों और उत्पाद डिजाइनरों के बीच सहयोग महत्वपूर्ण होगा। अगले दशक में, संभावित रूप से लचीला सौर कोशिकाएं परिधान में आम हो जाती हैं क्योंकि ज़िप्पर आज होते हैं, चुपचाप उपकरणों को लंबे समय तक चलने में सक्षम बनाती हैं, छोटे और अधिक स्थायी रूप से।