MIT-onderzoekers hebben verbeterd op een transparante, geleidend deklaagmateriaal, het produceren van een tienvoudige winst in zijn elektrische geleidbaarheid. Wanneer opgenomen in een type hoogrenderende zonnecel, het materiaal verhoogde de efficiëntie en stabiliteit van de cel.

De nieuwe bevindingen worden gerapporteerd in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang , in een paper van MIT-postdoc Meysam Heydari Gharahcheshmeh, professoren Karen Gleason en Jing Kong, en drie anderen.

"Het doel is om een ​​materiaal te vinden dat zowel elektrisch geleidend als transparant is, "Gleason legt uit, die "nuttig zou zijn in een reeks toepassingen, inclusief aanraakschermen en zonnecellen." Het materiaal dat tegenwoordig het meest voor dergelijke doeleinden wordt gebruikt, staat bekend als ITO, voor indiumtitaniumoxide, maar dat materiaal is nogal broos en kan na een periode van gebruik barsten, ze zegt.

Gleason en haar co-onderzoekers verbeterden een flexibele versie van een transparante, geleidend materiaal twee jaar geleden en publiceerden hun bevindingen, maar dit materiaal voldeed nog steeds niet aan de combinatie van hoge optische transparantie en elektrische geleidbaarheid van ITO. De nieuwe, meer geordend materiaal, ze zegt, is meer dan 10 keer beter dan de vorige versie.

De gecombineerde transparantie en geleidbaarheid wordt gemeten in eenheden van Siemens per centimeter. ITO varieert van 6, 000 tot 10, 000, en hoewel niemand verwachtte dat een nieuw materiaal met die cijfers zou overeenkomen, het doel van het onderzoek was om een ​​materiaal te vinden dat minimaal een waarde van 35 zou kunnen bereiken. De eerdere publicatie overtrof dat door een waarde van 50 aan te tonen, en het nieuwe materiaal heeft dat resultaat overtroffen, klokt nu om 3 uur in, 000; het team werkt nog steeds aan het verfijnen van het proces om dat verder te verhogen.

Het hoogwaardige flexibele materiaal, een organisch polymeer bekend als PEDOT, wordt afgezet in een ultradunne laag van slechts enkele nanometers dik, met behulp van een proces genaamd oxidatieve chemische dampafzetting (oCVD). Dit proces resulteert in een laag waarin de structuur van de kleine kristallen die het polymeer vormen allemaal perfect horizontaal zijn uitgelijnd, waardoor het materiaal zijn hoge geleidbaarheid krijgt. Aanvullend, de oCVD-methode kan de stapelafstand tussen polymeerketens in de kristallieten verkleinen, wat ook de elektrische geleidbaarheid verbetert.

Om het potentiële nut van het materiaal aan te tonen, het team verwerkte een laag van de sterk uitgelijnde PEDOT in een op perovskiet gebaseerde zonnecel. Dergelijke cellen worden beschouwd als een veelbelovend alternatief voor silicium vanwege hun hoge efficiëntie en gemakkelijke fabricage, maar hun gebrek aan duurzaamheid was een groot nadeel. Met de nieuwe oCVD uitgelijnde PEDOT, de efficiëntie van de perovskiet verbeterde en de stabiliteit verdubbelde.

In de eerste testen, de oCVD-laag werd aangebracht op substraten met een diameter van 6 inch, maar het proces kan direct worden toegepast op een grootschalige, roll-to-roll fabricageproces op industriële schaal, Zegt Heydari Gharahcheshmeh. "Het is nu eenvoudig aan te passen voor industriële opschaling, " zegt hij. Dat wordt mogelijk gemaakt door het feit dat de coating kan worden verwerkt bij 140 graden Celsius - een veel lagere temperatuur dan alternatieve materialen vereisen.

De oCVD PEDOT is een milde, eenstapsproces, directe afzetting op kunststof ondergronden mogelijk maken, naar wens voor flexibele zonnecellen en displays. In tegenstelling tot, de agressieve groeiomstandigheden van veel andere transparante geleidende materialen vereisen een initiële afzetting op een andere, robuuster substraat, gevolgd door complexe processen om de laag op te tillen en over te brengen op plastic.

Omdat het materiaal is gemaakt door middel van een droog opdampproces, de geproduceerde dunne lagen kunnen zelfs de fijnste contouren van een oppervlak volgen, bedek ze allemaal gelijkmatig, die in sommige toepassingen nuttig kunnen zijn. Bijvoorbeeld, het kan op stof worden gecoat en elke vezel bedekken, maar de stof toch laten ademen.

Het team moet het systeem nog op grotere schaal demonstreren en de stabiliteit ervan over langere perioden en onder verschillende omstandigheden bewijzen. dus het onderzoek loopt. Maar "er is geen technische barrière om dit vooruit te helpen. Het is eigenlijk gewoon een kwestie van wie zal investeren om het op de markt te brengen, ' zegt Gleason.