Allikas: news.mit
MIT-i teadlased on parandanud läbipaistva, juhtiva kattematerjali kasutamist, saavutades selle elektrijuhtivuse kümnekordse kasvu. Kui see on lisatud suure tõhususega päikesepatareide tüüpi, suurendas materjal raku efektiivsust ja stabiilsust.
Uutest leidudest teatati täna ajakirjas Science Advances MIT-i postdoktoori Meysam Heydari Gharahcheshmehi, professorite Karen Gleasoni ja Jing Kongi ning veel kolme isiku artiklis.
"Eesmärk on leida materjal, mis oleks elektrit juhtiv ja läbipaistev," selgitab Gleason, mis oleks "kasulik paljudes rakendustes, sealhulgas puutetundlikel ekraanidel ja päikesepatareidel." Sellistel eesmärkidel tänapäeval kõige laialdasemalt kasutatav materjal on india-titaanoksiidi jaoks tuntud kui ITO, kuid see materjal on üsna habras ja võib pärast teatud perioodi kasutamist praguneda, ütles ta.
Gleason ja tema kaastöötajad täiustasid kaks aastat tagasi läbipaistva, juhtiva materjali paindlikku versiooni ja avaldasid oma järeldused, kuid see materjal ei vastanud siiski piisavalt hästi ITO suure optilise läbipaistvuse ja elektrijuhtivuse kombinatsiooni. Uus, rohkem tellitud materjal on tema sõnul enam kui kümme korda parem kui eelmine versioon.
Kombineeritud läbipaistvust ja juhtivust mõõdetakse Siemensi ühikutes sentimeetri kohta. ITO varieerub vahemikus 6000–10 000 ja kuigi keegi ei oodanud, et uus materjal vastaks nendele numbritele, oli uurimistöö eesmärk leida materjal, mille väärtus võiks ulatuda vähemalt väärtuseni 35. Varasem väljaanne ületas selle, näidates väärtust 50 , ja uus materjal on selle tulemuse hüpanud, nüüd on kell 3000; meeskond töötab endiselt selle protsessi paremaks muutmiseks.
Suure jõudlusega painduv materjal, orgaaniline polümeer, mida tuntakse PEDOT-na, ladestub kõige õhukesemas kihis, vaid paari nanomeetri paksuses, kasutades protsessi, mida nimetatakse oksüdatiivseks keemiliseks aurustamise-sadestamiseks (oCVD). Selle protsessi tulemuseks on kiht, kus polümeeri moodustavate pisikeste kristallide struktuur on horisontaalselt ideaalselt joondatud, andes materjalile selle kõrge juhtivuse. Lisaks võib oCVD-meetod vähendada kristalliitides polümeeriahelate vahelist virnastamiskaugust, mis suurendab ka elektrijuhtivust.
Materjali võimaliku kasulikkuse demonstreerimiseks ühendas töörühm perovskite baasil asuvasse päikesepatareisse kihi hästi joondatud PEDOT-i. Selliseid rakke peetakse räni jaoks väga paljutõotavaks alternatiiviks nende kõrge efektiivsuse ja valmistamise lihtsuse tõttu, kuid nende puudulik vastupidavus on olnud suur puudus. Uue oCVD-ga joondatud PEDOT-i abil paranes perovskite efektiivsus ja kahekordistus selle stabiilsus.
Esialgsetes katsetes kanti oCVD-kiht substraatidele, mille läbimõõt oli 6 tolli, kuid seda protsessi oli võimalik rakendada otse suuremahulisele, rull-rull-tööstuslikule tootmisprotsessile, ütles Heydari Gharahcheshmeh. "Nüüd on seda lihtne tööstuslikuks laiendamiseks kohandada," ütleb ta. Sellele aitab kaasa asjaolu, et kattekihti saab töödelda temperatuuril 140 kraadi - palju madalam temperatuur, kui alternatiivsed materjalid vajavad.
OCVD PEDOT on kerge, üheastmeline protsess, mis võimaldab otsest sadestumist plastist aluspinnale, nagu on vaja elastsete päikesepatareide ja ekraanide jaoks. Seevastu paljude teiste läbipaistvate juhtivate materjalide agressiivsed kasvutingimused nõuavad esialgset sadestamist erinevale, tugevamale aluspinnale, millele järgneb keerukas protsess kihi eemaldamiseks ja plasti viimiseks.
Kuna materjal on valmistatud kuiva aurustamise teel, saavad toodetud õhukesed kihid järgida ka pinna peeneimaid kontuure, kattes need kõik ühtlaselt, mis võib olla kasulik mõnes rakenduses. Näiteks võib selle katta kangaga ja katta iga kiu, kuid laseb kangal siiski hingata.
Meeskond peab endiselt süsteemi demonstreerima suuremates mõõtmetes ja tõestama selle stabiilsust pikema perioodi jooksul ja erinevates tingimustes, nii et uuringud jätkuvad. Kuid “selle edasiliikumiseks pole tehnilisi takistusi. See on tõesti vaid küsimus, kes investeerib selle turule viimiseks, ”räägib Gleason.
Uurimisrühma kuulusid MIT-i järeldokumendid Mohammad Mahdi Tavakoli ja Maxwell Robinson ning teadustöötaja Edward Gleason. Teost toetas Eni SpA Eni-MIT alliansi päikeseenergia piiride programmi raames.
