Источник: news.mit
Исследователи из Массачусетского технологического института усовершенствовали прозрачный проводящий материал покрытия, обеспечив десятикратное увеличение его электропроводности. При включении в тип высокоэффективного солнечного элемента материал увеличивает эффективность и стабильность элемента.
О новых находках сообщается сегодня в журнале Science Advances, в статье MIT Postmoc Heysari Gharahcheshmeh, профессора Karen Gleason, Jing Kong и трех других.
«Цель состоит в том, чтобы найти материал, который является электропроводящим, а также прозрачным», объясняет Глисон, который будет «полезен в различных областях применения, включая сенсорные экраны и солнечные элементы». Материал, наиболее широко используемый сегодня для таких целей, она известна как ITO, для оксида титана индия, но этот материал довольно хрупкий и может треснуть после некоторого периода использования, говорит она.
Глисон и ее коллеги-исследователи улучшили гибкую версию прозрачного проводящего материала два года назад и опубликовали свои выводы, но этот материал все еще не соответствовал сочетанию высокой оптической прозрачности и электропроводности ITO. По ее словам, новый, более упорядоченный материал более чем в 10 раз лучше, чем предыдущая версия.
Объединенная прозрачность и проводимость измеряются в единицах Сименса на сантиметр. ITO колеблется от 6000 до 10000, и хотя никто не ожидал, что новый материал будет соответствовать этим цифрам, цель исследования состояла в том, чтобы найти материал, который мог бы достигнуть, по крайней мере, значения 35. Более ранняя публикация превысила это, продемонстрировав значение 50 и новый материал превзошел этот результат, достигнув отметки 3000; команда все еще работает над настройкой процесса, чтобы поднять это дальше.
Высокопроизводительный гибкий материал, органический полимер, известный как PEDOT, наносится в ультратонкий слой толщиной всего в несколько нанометров, используя процесс, называемый окислительным химическим осаждением из паровой фазы (oCVD). Результатом этого процесса является слой, в котором структура крошечных кристаллов, образующих полимер, идеально выровнена по горизонтали, что придает материалу высокую проводимость. Кроме того, метод oCVD может уменьшить расстояние укладки между полимерными цепями внутри кристаллитов, что также увеличивает электропроводность.
Чтобы продемонстрировать потенциальную полезность материала, команда включила слой высоко выровненного PEDOT в солнечный элемент на основе перовскита. Такие ячейки считаются очень многообещающей альтернативой кремнию из-за их высокой эффективности и простоты изготовления, но их недостаток долговечности является серьезным недостатком. С новым PEDOT, выровненным по oCVD, эффективность перовскита повысилась, а его стабильность удвоилась.
В начальных испытаниях слой oCVD был нанесен на подложки диаметром 6 дюймов, но этот процесс можно было бы применить непосредственно к крупномасштабному производственному процессу в рулонах, говорит Хейдари Гарахчешмех. «Теперь легко адаптироваться к промышленному расширению», - говорит он. Этому способствует тот факт, что покрытие можно обрабатывать при температуре 140 градусов по Цельсию - гораздо более низкая температура, чем требуют альтернативные материалы.
OCVD PEDOT - это мягкий, одностадийный процесс, позволяющий наносить непосредственно на пластиковые подложки, как это требуется для гибких солнечных элементов и дисплеев. Напротив, агрессивные условия роста многих других прозрачных проводящих материалов требуют начального осаждения на другой, более прочной подложке, сопровождаемого сложными процессами, чтобы поднять слой и перенести его на пластик.
Поскольку материал изготавливается методом сухого осаждения из паровой фазы, полученные тонкие слои могут повторять даже самые тонкие контуры поверхности, равномерно покрывая их все, что может быть полезно в некоторых случаях. Например, его можно нанести на ткань и покрыть каждое волокно, но при этом ткань может дышать.
Команда все еще должна продемонстрировать систему в больших масштабах и доказать ее стабильность в течение более длительных периодов и в различных условиях, поэтому исследования продолжаются. Но «нет никаких технических препятствий для продвижения вперед. Это действительно только вопрос того, кто будет инвестировать, чтобы вывести его на рынок », - говорит Глисон.
Исследовательская группа состояла из постдоков MIT Мохаммада Махди Таваколи и Максвелла Робинсона, а также научного сотрудника Эдварда Глисона. Работа была поддержана Eni SpA в рамках программы Eni-MIT Allian Solar Frontiers.
