Zdroj: news.mit
Výskumníci MIT vylepšili priehľadný vodivý poťahový materiál a získali desaťnásobnú výhodu v jeho elektrickej vodivosti. Keď je materiál začlenený do vysokoúčinného solárneho článku, zvýšil jeho účinnosť a stabilitu.
Nové zistenia sa dnes uvádzajú v časopise Science Advances, v novinách MIT postdoc Meysam Heydari Gharahcheshmeh, profesorov Karen Gleason a Jing Kong a ďalších troch.
„Cieľom je nájsť materiál, ktorý je elektricky vodivý a zároveň priehľadný,“ vysvetľuje Gleason, čo by bolo „užitočné v celom rade aplikácií, vrátane dotykových obrazoviek a solárnych článkov.“ známy ako ITO, pre oxid indan titaničitý, ale tento materiál je dosť krehký a po určitom období používania môže prasknúť.
Gleason a jej spoluriešitelia vylepšili flexibilnú verziu priehľadného, vodivého materiálu pred dvoma rokmi a zverejnili svoje zistenia, ale tento materiál stále nedosahoval vhodnú kombináciu vysokej optickej priehľadnosti a elektrickej vodivosti ITO. Nový, objednanejší materiál je podľa neho viac ako 10-krát lepší ako predchádzajúca verzia.
Kombinovaná priehľadnosť a vodivosť sa merajú v jednotkách Siemens na centimeter. ITO sa pohybuje od 6 000 do 10 000, a hoci nikto neočakával nový materiál, ktorý by sa zhodoval s týmito číslami, cieľom výskumu bolo nájsť materiál, ktorý by mohol dosiahnuť hodnotu najmenej 35. Predchádzajúca publikácia prekročila túto hodnotu tým, že preukázala hodnotu 50 a nový materiál preskočil tento výsledok, teraz sa blíži k 3 000; tím stále pracuje na doladení procesu, aby ho ďalej vylepšil.
Vysoko účinný flexibilný materiál, organický polymér známy ako PEDOT, sa ukladá do ultratenkej vrstvy s hrúbkou iba niekoľko nanometrov, pričom sa používa proces nazývaný oxidačná chemická depozícia pár (oCVD). Výsledkom tohto procesu je vrstva, v ktorej je štruktúra malých kryštálov, ktoré tvoria polymér, dokonale vodorovne zarovnaná, čo dodáva materiálu vysokú vodivosť. Okrem toho môže metóda oCVD znížiť stohovaciu vzdialenosť medzi polymérnymi reťazcami v kryštalitoch, čo tiež zvyšuje elektrickú vodivosť.
Aby sa demonštrovala potenciálna užitočnosť materiálu, tím začlenil vrstvu vysoko zarovnaného PEDOT do solárneho článku na báze perovskitu. Takéto bunky sa považujú za veľmi sľubnú alternatívu k kremíku kvôli svojej vysokej účinnosti a ľahkej výrobe, ale ich nedostatočná životnosť bola hlavnou nevýhodou. S novým oCVD zarovnaným PEDOTom sa účinnosť perovskitu zlepšila a jeho stabilita sa zdvojnásobila.
V počiatočných testoch bola vrstva oCVD nanesená na substráty s priemerom 6 palcov, ale tento proces by sa mohol aplikovať priamo na výrobný proces vo veľkom meradle, ktorý sa používa v priemyselnom meradle, hovorí Heydari Gharahcheshmeh. „Teraz je ľahké prispôsobiť sa priemyselnému zväčšeniu,“ hovorí. To je umožnené skutočnosťou, že povlak môže byť spracovaný pri 140 stupňoch Celzia - oveľa nižšia teplota, ako vyžadujú alternatívne materiály.
OCVD PEDOT je mierny, jednostupňový proces, ktorý umožňuje priamu depozíciu na plastové substráty podľa potreby pre flexibilné solárne články a displeje. Na rozdiel od toho agresívne podmienky rastu mnohých ďalších priehľadných vodivých materiálov vyžadujú počiatočné nanášanie na iný, robustnejší substrát, po ktorom nasledujú zložité procesy na zdvihnutie vrstvy a jej prevedenie na plast.
Pretože je materiál vyrobený procesom nanášania suchou parou, môžu vyrábané tenké vrstvy sledovať dokonca aj tie najjemnejšie obrysy povrchu a rovnomerne ich poťahovať, čo by mohlo byť užitočné v niektorých aplikáciách. Napríklad by sa mohla naniesť na látku a zakryť každé vlákno, ale stále by umožňovala tkanine dýchať.
Tím stále musí demonštrovať systém vo väčších mierkach a preukázať svoju stabilitu počas dlhšieho obdobia a za rôznych podmienok, takže výskum pokračuje. „Neexistuje však žiadna technická prekážka v napredovaní. Je to naozaj len otázka, kto bude investovať, aby sa dostal na trh, “hovorí Gleason.
Súčasťou výskumného tímu boli doktorandi MIT Mohammad Mahdi Tavakoli a Maxwell Robinson a pridružená spoločnosť Edward Gleason. Prácu podporila spoločnosť Eni SpA v rámci programu Eni-MIT Alliance Solar Frontiers Programme.
