Izvor: news.mit
MIT istraživači poboljšali su se na prozirnom, provodljivom materijalu za oblaganje, proizvodeći desetostruku dobit u svojoj električnoj vodljivosti. Kad se ugradi u tip visoko učinkovite solarne ćelije, materijal povećava efikasnost i stabilnost stanice.
Nova otkrića objavljena su danas u časopisu Science Advances, u članku postdoktorata MIT-a Meysama Heydarija Gharahcheshmeha, profesora Karen Gleason i Jing Kong i još tri osobe.
„Cilj je pronaći materijal koji će biti električno provodljiv i transparentan“, objašnjava Gleason, koji bi bio „koristan u raznim primjenama, uključujući dodirne ekrane i solarne ćelije.“ Materijal koji se danas najčešće koristi u takve svrhe je poznata kao ITO, zbog indijanskog titanovog oksida, ali taj je materijal prilično krhak i može se puknuti nakon razdoblja upotrebe, kaže ona.
Gleason i njezini suradnici poboljšali su fleksibilnu verziju prozirnog, provodljivog materijala prije dvije godine i objavili svoja otkrića, ali ovaj je materijal još uvijek daleko manji od ITO-ove kombinacije visoke optičke prozirnosti i električne vodljivosti. Novi, naručeniji materijal, kaže, više je 10 puta bolji od prethodne verzije.
Kombinirana prozirnost i vodljivost mjeri se u jedinicama Siemensa po centimetru. ITO se kreće od 6.000 do 10.000, i iako nitko nije očekivao da će novi materijal odgovarati tim brojevima, cilj istraživanja bio je pronaći materijal koji bi mogao dostići barem vrijednost od 35. Ranija publikacija premašila je to pokazujući vrijednost od 50 , i novi materijal je preskočio taj rezultat, sada se povećava na 3000; tim i dalje radi na usavršavanju procesa kako bi se to dodatno poboljšalo.
Fleksibilni materijal visokog učinka, organski polimer poznat kao PEDOT, taloži se u ultra tankom sloju debljine samo nekoliko nanometara, koristeći postupak koji se naziva oksidacijsko kemijsko taloženje para (oCVD). Ovaj postupak rezultira slojem u kojem je struktura sitnih kristala koji tvore polimer savršeno poravnana vodoravno, dajući materijalu veliku vodljivost. Uz to, oCVD metoda može smanjiti razmak slaganja između polimernih lanaca unutar kristalita, što također povećava električnu vodljivost.
Kako bi pokazali potencijalnu korisnost materijala, tim je ubacio sloj visoko usklađenog PEDOT-a u solarnu ćeliju na bazi perovskita. Takve ćelije smatraju se vrlo obećavajućom alternativom siliciju zbog velike učinkovitosti i lakoće izrade, ali njihov nedostatak izdržljivosti bio je glavni nedostatak. S novim PEDOT-om usklađenim s oCVD-om, poboljšala se učinkovitost perovskita i njegova dvostruka stabilnost.
U početnim ispitivanjima oCVD sloj nanesen je na podloge promjera 6 inča, ali postupak se mogao primijeniti izravno na veliki proizvodni postupak industrijskog razmjera u rolnici, kaže Heydari Gharahcheshmeh. "Sada se lako možete prilagoditi industrijskim razmjerima", kaže on. To olakšava činjenica da se premaz može obrađivati na 140 Celzijevih stupnjeva - znatno niža temperatura nego što to traže alternativni materijali.
OCVD PEDOT je blagi postupak u jednom koraku, koji omogućava izravno nanošenje na plastične podloge, po želji za fleksibilne solarne ćelije i prikaze. Suprotno tome, agresivni uvjeti rasta mnogih drugih prozirnih vodljivih materijala zahtijevaju početno taloženje na drugoj, robusnijoj podlozi, nakon čega slijede složeni postupci za uklanjanje sloja i prenošenje na plastiku.
Budući da se materijal stvara postupkom taloženja suhe pare, proizvedeni tanki slojevi mogu slijediti i najfinije obrise površine, prekrivajući ih ravnomjerno, što bi moglo biti korisno u nekim primjenama. Na primjer, može se premazati tkaninom i pokriti svako vlakno, ali ipak dopustiti tkanini da diše.
Tim još uvijek mora demonstrirati sustav na većim mjerilima i dokazati njegovu stabilnost tijekom duljih razdoblja i pod različitim uvjetima, tako da je istraživanje u tijeku. Ali "ne postoji tehnička prepreka za kretanje naprijed. Zapravo je samo pitanje tko će uložiti kako bi ga izveo na tržište ”, kaže Gleason.
Istraživački tim uključivao je postraditove studente MIT Mohammad Mahdi Tavakoli i Maxwell Robinson, te znanstveni suradnik Edward Gleason. Rad je podržao Eni SpA u okviru Eni-MIT Alliance Solar Frontiers programa.