今日Nature：納米光柵圖案策略實現自供電超柔性有機光伏

【前言】

下一代生物醫學器件將需要能夠實現自我供電，并適合在人類皮膚或其他組織中應用的功能。這種器件將能夠精確和連續地檢測生理信號，而不需要外部電源或復雜的連接線。其中自供電功能可以由柔性光伏提供，它可以附著在可移動和復雜的三維生物組織和皮膚上。包裹在物體周圍的超柔性有機電源在長期測試中已經證明了其良好的機械性和熱穩定性，這使得它們在與人類組織或皮膚兼容的電子產品中有潛在的用途。然而，由于這些電源在機械變形和角度變化下輸出功率不穩定，同時與包括傳感器在內的功能性電子器件的集成尚未得到驗證。此外，在制造集成電源和傳感器時，有必要將高溫和能量密集型工藝最小化，因為這些工藝會損壞功能器件當中的活性材料并使幾微米厚的聚合物襯底變形。

【成果簡介】

來自日本應急物質科學中心(CEMS)的Kenjiro Fukuda，Keisuke Tajima教授以及東京大學的Takao Someya教授（共同通訊）聯合在Nature上發表文章，題為：Self-powered ultra-flexible electronics via nano-grating-patterned organic photovoltaics。在這里，作者實現了自供電超柔性電子器件的制備。當應用于皮膚或其他組織時，該器件能夠以非常高的信噪比測量生物信號。作者將用作傳感器的有機電化學晶體管與有機光伏電源集成在一微米厚的超柔性襯底上。使用高通量室溫模塑工藝在電荷傳輸層上形成納米光柵形態(周期為760nm)。這大大提高了有機光電轉換器的效率，提供了高達10.5 %的高轉換效率，并實現了每克11.46瓦的高功率重量值。有機電化學晶體管在生理條件下表現出0.8毫西門子的跨導和超過1千赫茲的快速響應，這導致心臟信號檢測的最大信噪比為40.02分貝。作者的發現為下一代自供電電子產品提供了一個通用平臺。

【圖文導讀】

圖1 :雙光柵圖案化高性能超柔性OPV的設計

圖2 :雙光柵圖案超柔性OPV的機械耐久性

圖3 :超柔性自供電集成器件的設計

圖4 :由自供電超柔性傳感器記錄的心臟信號

【總結】

該文的傳感器系統包括兩個組件:一個由柔性有機電子器件組成的模擬組件，用于檢測生物特征信號；一個由硅制成的數字組件，用于數據傳輸。在這項工作中，作者特別關注模擬組件，它顯示出非常穩定的信號，并由超柔性有機光伏電池供電。因此，自供電模擬和數字組件的組合提供了一種實現獨立、完全自供電、可佩戴傳感器系統的方法。該工作可以從以前報道的超柔性OPVs的發展里程碑的背景來看:在這里，1D雙光柵圖案的高功率單位重量OPVs已經與功能性電子器件相結合來制備自供電共形傳感器，并且解決了剛性OPVs和柔性OPVs之間的PCE差異。作者的方法為超柔性有機電源與功能性電子設備的集成開辟了道路，無需外部電源連接即可精確、靈敏、連續地采集生物信號

文獻鏈接：Self-powered ultra-flexible electronics via nano-grating-patterned organic photovoltaics, (Nature, 2018, DOI: 10.1038/ s41586-018-0536-x)

本文由材料人編輯部學術組Z,Chen供稿，材料牛整理編輯。

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