Gennemsigtig elektrodeinnovation kunne bringe fleksible solceller, transistorer, viser

(Phys.org) – Forskere har skabt en ny type gennemsigtig elektrode, der kan finde anvendelse i solceller, fleksible displays til computere og forbrugerelektronik og fremtidige "optoelektroniske" kredsløb til sensorer og informationsbehandling.

Elektroden er lavet af sølv nanotråde dækket med et materiale kaldet grafen, et ekstremt tyndt lag kulstof. Hybridmaterialet viser lovende som en mulig erstatning for indiumtinoxid, eller ITO, bruges i gennemsigtige elektroder til berøringsskærme, mobiltelefonskærme og fladskærms-tv. Industrien søger alternativer til ITO på grund af ulemper:Det er relativt dyrt på grund af begrænset overflod af indium, og det er ufleksibelt og nedbrydes over tid, bliver sprøde og hæmmer ydeevnen.

"Hvis du prøver at bøje ITO, revner den og holder op med at fungere korrekt, " sagde Purdue University doktorand Suprem Das.

Hybridmaterialet kunne repræsentere et skridt mod innovationer, herunder fleksible solceller og farvemonitorer, fleksible "heads-up"-displays i bilens forruder og informationsdisplays på briller og visirer.

"Nøgleinnovationen er et materiale, der er gennemsigtigt, alligevel elektrisk ledende og fleksibel, " sagde David Janes, professor i elektro- og computerteknik.

Forskningsresultater blev beskrevet i et papir, der blev vist online i april i tidsskriftet Avancerede funktionelle materialer . Papiret er tilgængeligt online på http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201300124/full. Den er forfattet af Das; besøgende studerende Ruiyi Chen; kandidatstuderende Changwook Jeong og Mohammad Ryyan Khan; Janes og Muhammad A. Alam, en Purdue-professor i elektro- og computerteknik.

Hybridkonceptet blev foreslået i tidligere publikationer af Purdue-forskere, herunder en 2011-opgave i tidsskriftet Nano bogstaver . Konceptet repræsenterer en generel tilgang, der kunne gælde for mange andre materialer, sagde Alam, der var medforfatter til Nano bogstaver papir.

"Dette er en smuk illustration af, hvordan teori muliggør en fundamental ny måde at konstruere materiale på nanoskala og skræddersy dets egenskaber, " han sagde.

Sådanne hybridstrukturer kunne gøre det muligt for forskere at overvinde "elektrontransportflaskehalsen" ved ekstremt tynde film, omtales som todimensionelle materialer.

Kombination af grafen og sølv nanotråde i et hybridmateriale overvinder ulemperne ved hvert materiale individuelt:Grafen og nanotråde leder elektricitet med for meget modstand til at være praktisk for gennemsigtige elektroder. Plader af grafen er lavet af individuelle segmenter kaldet korn, og modstanden stiger ved grænserne mellem disse korn. Sølv nanotråde, på den anden side, har høj modstand, fordi de er tilfældigt orienteret som et virvar af tandstikkere, der vender i forskellige retninger. Denne tilfældige orientering giver dårlig kontakt mellem nanotråde, hvilket resulterer i høj modstand.

"Så ingen af ​​delene er gode til at lede elektricitet, men når du kombinerer dem i en hybridstruktur, de er, " sagde Janes.

Grafenen er draperet over sølv nanotrådene.

"Det er som at lægge et ark cellofan over en skål med nudler, " sagde Janes. "Grafenen vikler sig rundt om sølv nanotrådene og strækker sig omkring dem."

Resultater viser, at materialet har en lav "plademodstand, "eller den elektriske modstand i meget tynde lag materiale, som måles i enheder kaldet "firkanter". Ved 22 ohm pr. kvadrat, det er fem gange bedre end ITO, som har en plademodstand på 100 ohm pr. kvadrat.

I øvrigt, hybridstrukturen viste sig at have ringe modstandsændring, når den bøjes, hvorimod ITO viser dramatiske stigninger i modstand, når den bøjes.

"Almenheden af ​​det teoretiske koncept, der ligger til grund for denne eksperimentelle demonstration - nemlig 'perkolationsdoping' - antyder, at det sandsynligvis vil gælde for en bred vifte af andet 2-D nanokrystallinsk materiale, inklusive grafen, " sagde Alam.

En patentansøgning er blevet indgivet af Purdues Office of Technology Commercialization.