Forrás: news.mit
Az MIT kutatói továbbfejlesztettek egy átlátszó, vezetőképes bevonóanyagot, és tízszeresére növelték annak elektromos vezetőképességét. Ha beépítették egy nagy hatékonyságú napelemcellába, az anyag növelte a cellák hatékonyságát és stabilitását.
Az új megállapításokról ma a Science Advances folyóiratban, az MIT postdokumentumának Meysam Heydari Gharahcheshmeh, Karen Gleason és Jing Kong professzor, valamint három másik tanulmányában olvashatunk.
„A cél olyan anyag megtalálása, amely elektromosan vezető és átlátszó is” - magyarázza Gleason, amely „számos alkalmazásban hasznos lenne, beleértve az érintőképernyőket és a napelemeket is.” Az ilyen célokra manapság legszélesebb körben alkalmazott anyag Az ITO néven ismert indium-titán-oxidra vonatkozik, de az anyag meglehetősen törékeny, és felhasználás után is repedhet - mondja.
Gleason és kutatói két évvel ezelőtt továbbfejlesztették az átlátszó, vezető anyag rugalmas változatát, és közzétették eredményeiket, ám ez az anyag még mindig jóval elmaradt az ITO nagy optikai átlátszóság és az elektromos vezetőképesség kombinációjától. Az új, megrendeltebb anyag, mondja, több mint tízszer jobb, mint az előző verzió.
A kombinált átlátszóságot és vezetőképességet Siemens / centiméter egységben mérik. Az ITO 6 000 és 10 000 közötti, és bár senki nem várt egy új anyagot, amely megfelelne ezeknek a számoknak, a kutatás célja az volt, hogy olyan anyagot találjon, amely elérheti legalább 35 értékét. A korábbi publikáció ezt meghaladta az 50 érték bemutatásával. , és az új anyag ugrásszerűen elérte ezt az eredményt, most már 3000-re növekszik; A csapat tovább dolgozik a folyamat finomításán, hogy ezt tovább emelje.
A nagyteljesítményű rugalmas anyag, a PEDOT néven ismert szerves polimer egy ultravékony rétegben helyezkedik el, csupán néhány nanométer vastagságban, az oxidatív kémiai gőzlerakódásnak (oCVD) nevezett eljárás alkalmazásával. Ez az eljárás egy olyan réteget eredményez, amelyben a polimert alkotó apró kristályok szerkezete tökéletesen vízszintesen van beállítva, így az anyag nagy vezetőképességet biztosít. Ezenkívül az oCVD módszer csökkentheti a kristályokon belüli polimer láncok egymásra helyezési távolságát, ami szintén növeli az elektromos vezetőképességet.
Az anyag potenciális hasznosságának bizonyítása érdekében a csapat beépített egy réteg magasan igazodott PEDOT-ot egy perovskit-alapú napelembe. Az ilyen cellákat nagyon ígéretes alternatívának tekintik a szilíciumnak, nagy hatékonyságuk és könnyű gyártásuk miatt, de a tartósságuk hiánya komoly hátrányt jelent. Az új oCVD-vel igazított PEDOT-val a perovszkite hatékonysága javult és stabilitása megkétszereződött.
A kezdeti tesztek során az oCVD réteget 6 hüvelyk átmérőjű hordozókra alkalmazták, ám a folyamat közvetlenül alkalmazható egy nagyszabású, hengerelt tekercsen történő ipari méretű gyártási folyamatban - mondja Heydari Gharahcheshmeh. "Most már könnyen adaptálható ipari méretekhez" - mondja. Ezt megkönnyíti az a tény, hogy a bevonat 140 ° C-on megmunkálható - jóval alacsonyabb hőmérsékleten, mint az alternatív anyagok megkövetelik.
Az oCVD PEDOT enyhe, egylépéses folyamat, amely lehetővé teszi a közvetlen lerakódást a műanyag aljzatokra, a rugalmas napelemek és kijelzők igényei szerint. Ezzel szemben sok más átlátszó vezető anyag agresszív növekedési körülményei megkövetelik a kezdeti lerakódást egy másik, robusztusabb hordozóra, amelyet összetett eljárások követnek a réteg eltávolításához és a műanyagba történő átviteléhez.
Mivel az anyagot száraz gőzfázisú leválasztással állítják elő, az előállított vékony rétegek a felület legfinomabb körvonalait is követhetik, egyenletesen bevonva őket, ami hasznos lehet bizonyos alkalmazásoknál. Például bevonhatjuk a szövetre, és befedhetjük az egyes szálakat, de mégis lehetővé teszik a szövet lélegzését.
A csoportnak továbbra is demonstrálnia kell a rendszert nagyobb léptékben, és bizonyítania kell stabilitását hosszabb időtartamra és különböző feltételek mellett, tehát a kutatás folyamatban van. De „ennek előmozdításához nincs technikai akadály. Valójában csak az a kérdés, hogy ki fog befektetni, hogy piacra dobja ”- mondja Gleason.
A kutatócsoportba tartoztak az MIT utódokumentumok Mohammad Mahdi Tavakoli és Maxwell Robinson, valamint Edward Gleason kutatóintézet. A munkát az Eni SpA támogatta az Eni-MIT Alliance Solar Frontiers program keretében.