Klar, ledende belægning kunne beskytte avancerede solceller, berøringsskærme

MIT-forskere har forbedret en gennemsigtig, ledende belægningsmateriale, producerer en tidoblet gevinst i dens elektriske ledningsevne. Når den er inkorporeret i en type højeffektiv solcelle, materialet øgede cellens effektivitet og stabilitet.

De nye resultater rapporteres i tidsskriftet Videnskabens fremskridt , i et papir af MIT postdoc Meysam Heydari Gharahcheshmeh, professorerne Karen Gleason og Jing Kong, og tre andre.

"Målet er at finde et materiale, der er elektrisk ledende såvel som gennemsigtigt, " Gleason forklarer, hvilket ville være "nyttigt i en række applikationer, inklusive berøringsskærme og solceller." Det materiale, der er mest udbredt i dag til sådanne formål, er kendt som ITO, for indium titaniumoxid, men det materiale er ret skørt og kan revne efter en tids brug, hun siger.

Gleason og hendes medforskere forbedrede en fleksibel version af en gennemsigtig, ledende materiale for to år siden og offentliggjorde deres resultater, men dette materiale var stadig langt fra at matche ITOs kombination af høj optisk gennemsigtighed og elektrisk ledningsevne. Den nye, mere bestilt materiale, hun siger, er mere end 10 gange bedre end den tidligere version.

Den kombinerede gennemsigtighed og ledningsevne måles i Siemens-enheder pr. centimeter. ITO spænder fra 6, 000 til 10, 000, og selvom ingen forventede et nyt materiale til at matche disse tal, målet med forskningen var at finde et materiale, der kunne nå mindst en værdi på 35. Den tidligere udgivelse oversteg denne ved at demonstrere en værdi på 50, og det nye materiale har sprunget dette resultat, klokken 3 nu, 000; teamet arbejder stadig på at finjustere processen for at løfte det yderligere.

Det højtydende fleksible materiale, en organisk polymer kendt som PEDOT, er aflejret i et ultratyndt lag kun få nanometer tykt, ved hjælp af en proces kaldet oxidativ kemisk dampaflejring (oCVD). Denne proces resulterer i et lag, hvor strukturen af ​​de små krystaller, der danner polymeren, alle er perfekt justeret horisontalt, giver materialet dets høje ledningsevne. Derudover oCVD-metoden kan mindske stableafstanden mellem polymerkæder i krystallitterne, hvilket også øger den elektriske ledningsevne.

For at demonstrere materialets potentielle anvendelighed, holdet inkorporerede et lag af den højt tilpassede PEDOT i en perovskit-baseret solcelle. Sådanne celler betragtes som et meget lovende alternativ til silicium på grund af deres høje effektivitet og lette fremstilling, men deres manglende holdbarhed har været en stor ulempe. Med den nye oCVD tilpassede PEDOT, perovskittens effektivitet blev forbedret og dens stabilitet fordoblet.

I de indledende tests, oCVD-laget blev påført substrater, der var 6 tommer i diameter, men processen kunne anvendes direkte på en stor skala, rulle-til-rulle fremstillingsproces i industriel skala, Heydari Gharahcheshmeh siger. "Det er nu nemt at tilpasse til industriel opskalering, " siger han. Det lettes af det faktum, at belægningen kan behandles ved 140 grader Celsius - en meget lavere temperatur end alternative materialer kræver.

oCVD PEDOT er en mild, enkelt-trins proces, muliggør direkte aflejring på plastikunderlag, efter ønske til fleksible solceller og displays. I modsætning, de aggressive vækstbetingelser for mange andre transparente ledende materialer kræver en indledende aflejring på en anden, mere robust underlag, efterfulgt af komplekse processer til at løfte laget af og overføre det til plast.

Fordi materialet er fremstillet ved en tør dampaflejringsproces, de producerede tynde lag kan følge selv de fineste konturer af en overflade, belægning dem alle jævnt, hvilket kunne være nyttigt i nogle applikationer. For eksempel, det kunne overtrækkes på stof og dække hver fiber, men stadig lade stoffet ånde.

Holdet mangler stadig at demonstrere systemet i større skalaer og bevise dets stabilitet over længere perioder og under forskellige forhold, så forskningen er i gang. Men "der er ingen teknisk barriere for at flytte dette fremad. Det er egentlig bare et spørgsmål om, hvem der vil investere for at bringe det til markedet, " siger Gleason.