Kilde: news.mit
MIT-forskere har forbedret seg på et gjennomsiktig, ledende belegningsmateriale og produsert en tidoblet forsterkning i dets elektriske ledningsevne. Når det ble integrert i en type solcelle med høy effektivitet, økte materialet cellens effektivitet og stabilitet.
De nye funnene rapporteres i dag i tidsskriftet Science Advances, i et papir av MIT postdoc Meysam Heydari Gharahcheshmeh, professorene Karen Gleason og Jing Kong, og tre andre.
"Målet er å finne et materiale som er elektrisk ledende og gjennomsiktig," forklarer Gleason, som vil være "nyttig i en rekke bruksområder, inkludert berøringsskjermer og solceller." Materialet som er mest brukt i dag til slike formål er kjent som ITO, for indiumtitanoxid, men det materialet er ganske sprøtt og kan sprekke etter en tids bruk, sier hun.
Gleason og hennes medforskere forbedret en fleksibel versjon av et gjennomsiktig, ledende materiale for to år siden og publiserte funnene sine, men dette materialet falt fortsatt godt under samsvarende med ITOs kombinasjon av høy optisk gjennomsiktighet og elektrisk ledningsevne. Det nye, mer bestilte materialet, sier hun, er mer enn ti ganger bedre enn forrige versjon.
Den kombinerte transparensen og konduktiviteten måles i enheter på Siemens per centimeter. ITO varierer fra 6000 til 10 000, og selv om ingen forventet at et nytt materiale skulle samsvare med disse tallene, var målet med forskningen å finne et materiale som kunne nå minst en verdi på 35. Den tidligere publikasjonen overskred det ved å demonstrere en verdi på 50 , og det nye materialet har sprangrogged dette resultatet, nå klokker inn på 3000; teamet jobber fortsatt med å finjustere prosessen for å øke den ytterligere.
Det fleksible materialet med høy ytelse, en organisk polymer kjent som PEDOT, blir avsatt i et ultratinelag bare noen få nanometer ved å bruke en prosess som kalles oksidativ kjemisk dampavsetning (oCVD). Denne prosessen resulterer i et lag der strukturen til de ørsmå krystallene som danner polymeren alle er perfekt justert horisontalt, noe som gir materialet sin høye ledningsevne. I tillegg kan oCVD-metoden redusere stablingsavstanden mellom polymerkjeder i krystallittene, noe som også forbedrer den elektriske ledningsevnen.
For å demonstrere materialets potensielle nytte, innlemmet teamet et lag av den sterkt justerte PEDOT i en perovskittbasert solcelle. Slike celler anses som et veldig lovende alternativ til silisium på grunn av deres høye effektivitet og lette fremstilling, men deres mangel på holdbarhet har vært en stor ulempe. Med den nye oCVD-justerte PEDOT forbedret perovskites effektivitet og stabiliteten doblet.
I de første testene ble oCVD-laget påført underlag som var 6 tommer i diameter, men prosessen kunne brukes direkte på en storstilt, rull-til-rull industriell skala-produksjonsprosess, sier Heydari Gharahcheshmeh. "Det er nå enkelt å tilpasse seg til industriell oppskalering," sier han. Det forenkles ved at belegget kan behandles ved 140 grader - en mye lavere temperatur enn alternative materialer krever.
OCVD PEDOT er en mild, en-trinns prosess, som muliggjør direkte avsetning på plastsubstrater, som ønsket for fleksible solceller og skjermer. I kontrast til dette krever de aggressive vekstbetingelsene for mange andre transparente ledende materialer en innledende avsetning på et annet, mer robust underlag, etterfulgt av komplekse prosesser for å løfte av laget og overføre det til plast.
Fordi materialet er laget av en tørr dampavsetningsprosess, kan de produserte tynne lagene følge selv de fineste konturene av en overflate, og belegge dem alle jevnt, noe som kan være nyttig i noen bruksområder. For eksempel kan det belegges på stoff og dekke hver fiber, men likevel la stoffet puste.
Teamet trenger fortsatt å demonstrere systemet i større skalaer og bevise dets stabilitet over lengre perioder og under forskjellige forhold, så forskningen pågår. Men "det er ingen teknisk hindring for å komme dette videre. Det handler egentlig bare om hvem som vil investere for å ta det til markedet, sier Gleason.
Forskningsteamet inkluderte MIT-postdokumenter Mohammad Mahdi Tavakoli og Maxwell Robinson, og forskningsdepartementet Edward Gleason. Arbeidet ble støttet av Eni SpA under Eni-MIT Alliance Solar Frontiers Program.