Wearable flexible electronics often require sustainable power sources that are also mechanically flexible to survive the extreme bending that accompanies their general use. In general, thinner microelectronic devices are under less strain when bent. This paper describes strategies to realize ultra-thin GaAs photovoltaics through the interlayer adhesiveless transfer-printing of vertical-type devices onto metal surfaces. The vertical-type GaAs photovoltaic devices recycle reflected photons by means of bottom electrodes. Systematic studies with four different types of solar microcells indicate that the vertical-type solar microcells, at only a quarter of the thickness of similarly designed lateral-type cells, generate a level of electric power similar to that of thicker cells. The experimental results along with the theoretical analysis conducted here show that the ultra-thin vertical-type solar microcells are durable under extreme bending and thus suitable for use in the manufacturing of wearable flexible electronics.

1.
R. W.
Miles
,
K. M.
Hynes
, and
I.
Forbes
,
Prog. Cryst. Growth Charact. Mater.
51
,
1
(
2005
).
2.
H.
Cotal
,
C.
Fetzer
,
J.
Boisvert
,
G.
Kinsey
,
R.
King
,
P.
Hebert
,
H.
Yoon
, and
N.
Karam
,
Energy Environ. Sci.
2
,
174
(
2009
).
3.
X.
Sheng
,
C.
a Bower
,
S.
Bonafede
,
J. W.
Wilson
,
B.
Fisher
,
M.
Meitl
,
H.
Yuen
,
S.
Wang
,
L.
Shen
,
A. R.
Banks
,
C. J.
Corcoran
,
R. G.
Nuzzo
,
S.
Burroughs
, and
J. A.
Rogers
,
Nat. Mater.
13
,
593
(
2014
).
4.
H.
Zhao
,
G.
Liu
,
J.
Zhang
,
J. D.
Poplawsky
,
V.
Dierolf
, and
N.
Tansu
,
Opt. Express
19
,
A991
(
2011
).
5.
G. J.
Bauhuis
,
P.
Mulder
,
E. J.
Haverkamp
,
J. C. C. M.
Huijben
, and
J. J.
Schermer
,
Sol. Energy Mater. Sol. Cells
93
,
1488
(
2009
).
6.
J.
Yoon
,
S.
Jo
,
I. S.
Chun
,
I.
Jung
,
H.-S.
Kim
,
M.
Meitl
,
E.
Menard
,
X.
Li
,
J. J.
Coleman
,
U.
Paik
, and
J. A.
Rogers
,
Nature
465
,
329
(
2010
).
7.
J.
Lee
,
J.
Wu
,
M.
Shi
,
J.
Yoon
,
S.-I.
Park
,
M.
Li
,
Z.
Liu
,
Y.
Huang
, and
J. A.
Rogers
,
Adv. Mater.
23
,
986
(
2011
).
8.
J.
Lee
,
J.
Wu
,
J. H.
Ryu
,
Z.
Liu
,
M.
Meitl
,
Y.-W.
Zhang
,
Y.
Huang
, and
J. A.
Rogers
,
Small
8
,
1851
(
2012
).
9.
K.
Tanabe
,
K.
Watanabe
, and
Y.
Arakawa
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
192102
(
2012
).
10.
C.-W.
Cheng
,
K.-T.
Shiu
,
N.
Li
,
S.-J.
Han
,
L.
Shi
, and
D. K.
Sadana
,
Nat. Commun.
4
,
1577
(
2013
).
11.
K.
Lee
,
J. D.
Zimmerman
,
T. W.
Hughes
, and
S. R.
Forrest
,
Adv. Funct. Mater.
24
,
4284
(
2014
).
12.
D.
Shahrjerdi
,
S. W.
Bedell
,
C.
Bayram
,
C. C.
Lubguban
,
K.
Fogel
,
P.
Lauro
,
J. a.
Ott
,
M.
Hopstaken
,
M.
Gayness
, and
D.
Sadana
,
Adv. Energy Mater.
3
,
566
(
2013
).
13.
W.
Choi
,
C. Z.
Kim
,
C. S.
Kim
,
W.
Heo
,
T.
Joo
,
S. Y.
Ryu
,
H.
Kim
,
H.
Kim
,
H. K.
Kang
, and
S.
Jo
,
Adv. Energy Mater.
4
,
1400589
(
2014
).
14.
M. B.
Schubert
and
J. H.
Werner
,
Mater. Today
9
,
42
(
2006
).
15.
Y.-H.
Lee
,
J.-S.
Kim
,
J.
Noh
,
I.
Lee
,
H. J.
Kim
,
S.
Choi
,
J.
Seo
,
S.
Jeon
,
T.-S.
Kim
,
J.-Y.
Lee
, and
J. W.
Choi
,
Nano Lett.
13
,
5753
(
2013
).
16.
Z.
Zhang
,
X.
Li
,
G.
Guan
,
S.
Pan
,
Z.
Zhu
,
D.
Ren
, and
H.
Peng
,
Angew. Chem. Int. Ed.
53
,
11571
(
2014
).
17.
D. J.
Lipomi
,
B. C.-K.
Tee
,
M.
Vosgueritchian
, and
Z.
Bao
,
Adv. Mater.
23
,
1771
(
2011
).
18.
D. J.
Lipomi
and
Z.
Bao
,
Energy Environ. Sci.
4
,
3314
(
2011
).
19.
D.-H.
Kim
,
N.
Lu
,
R.
Ma
,
Y.-S.
Kim
,
R.-H.
Kim
,
S.
Wang
,
J.
Wu
,
S. M.
Won
,
H.
Tao
,
A.
Islam
,
K. J.
Yu
,
T.
Kim
,
R.
Chowdhury
,
M.
Ying
,
L.
Xu
,
M.
Li
,
H.-J.
Chung
,
H.
Keum
,
M.
McCormick
,
P.
Liu
,
Y.
Zhang
,
F. G.
Omenetto
,
Y.
Huang
,
T.
Coleman
, and
J. A.
Rogers
,
Science
333
(
80
),
838
(
2011
).
20.
M. L.
Hammock
,
A.
Chortos
,
B. C.-K.
Tee
,
J. B.-H.
Tok
, and
Z.
Bao
,
Adv. Mater.
25
,
5997
(
2013
).
21.
C. H.
Lee
,
D. R.
Kim
,
I. S.
Cho
,
N.
William
,
Q.
Wang
, and
X.
Zheng
,
Sci. Rep.
2
,
1000
(
2012
).
22.
M.
Kaltenbrunner
,
M. S.
White
,
E. D.
Głowacki
,
T.
Sekitani
,
T.
Someya
,
N. S.
Sariciftci
, and
S.
Bauer
,
Nat. Commun.
3
,
770
(
2012
).
23.
J.
Yoon
,
A. J.
Baca
,
S.-I.
Park
,
P.
Elvikis
,
J. B.
Geddes
,
L.
Li
,
R. H.
Kim
,
J.
Xiao
,
S.
Wang
,
T.-H.
Kim
,
M. J.
Motala
,
B. Y.
Ahn
,
E. B.
Duoss
,
J. A.
Lewis
,
R. G.
Nuzzo
,
P. M.
Ferreira
,
Y.
Huang
,
A.
Rockett
, and
J. A.
Rogers
,
Nat. Mater.
7
,
907
(
2008
).
24.
P.
Brochu
,
H.
Stoyanov
,
R.
Chang
,
X.
Niu
,
W.
Hu
, and
Q.
Pei
,
Adv. Energy Mater.
4
,
1300659
(
2014
).
25.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4954039 for fabrication process and reflection spectra of a back reflector.
26.
S. P.
Tobin
,
S. M.
Vernon
,
C.
Bajgar
,
S.
Wojtczuk
,
M. R.
Melloch
,
A.
Keshavarzi
,
T. B.
Stellwag
,
S.
Venkatensan
,
M.
Lundstrom
, and
K. A.
Emery
,
IEEE Trans. Electron Devices
37
,
469
(
1990
).
27.
C.
Algora
,
E.
Ortiz
,
I.
Rey-Stolle
,
V.
Díaz
,
R.
Peña
,
V. M.
Andreev
,
V. P.
Khvostikov
, and
V. D.
Rumyantsev
,
IEEE Trans. Electron Devices
48
,
840
(
2001
).
28.
G. J.
Bauhuis
,
J. J.
Schermer
,
P.
Mulder
,
M. M. A. J.
Voncken
, and
P. K.
Larsen
,
Sol. Energy Mater. Sol. Cells
83
,
81
(
2004
).
29.
L.-K.
Yeh
,
K.-Y.
Lai
,
G.-J.
Lin
,
P.-H.
Fu
,
H.-C.
Chang
,
C.-A.
Lin
, and
J.-H.
He
,
Adv. Energy Mater.
1
,
506
(
2011
).
30.
X.
Sheng
,
L.
Shen
,
T.
Kim
,
L.
Li
,
X.
Wang
,
R.
Dowdy
,
P.
Froeter
,
K.
Shigeta
,
X.
Li
,
R. G.
Nuzzo
,
N. C.
Giebink
, and
J. A.
Rogers
,
Adv. Energy Mater.
3
,
991
(
2013
).
31.
M. A.
Green
,
Solar Cells: Operating Principles, Technology, and System Applications
(
Prentice-Hall
,
1982
).
32.
J.
Sinkkonen
,
J.
Ruokolainen
,
P.
Uotila
, and
A.
Hovinen
,
Appl. Phys. Lett.
66
,
206
(
1995
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.