Font: news.mit
Els investigadors del MIT han millorat un material de recobriment transparent i conductor i ha generat un doble benefici de la seva conductivitat elèctrica. Quan s’incorpora a un tipus de cèl·lula solar d’alta eficiència, el material va augmentar l’eficàcia i l’estabilitat de la cèl·lula.
Les noves troballes s’informen avui a la revista Science Advances, en un document del postdoc del MIT Meysam Heydari Gharahcheshmeh, els professors Karen Gleason i Jing Kong i tres altres.
"L'objectiu és trobar un material que sigui elèctricament conductor i transparent", explica Gleason, que seria "útil en diverses aplicacions, incloses pantalles tàctils i cèl·lules solars". El material més utilitzat avui en dia per a aquest propòsit és Segons ella, es coneix com a ITO, per òxid de titani, però aquest material és bastant trencadís i es pot esquerdar després d'un període d'ús.
Gleason i els seus co-investigadors van millorar fa dos anys una versió flexible d’un material conductor i transparent i van publicar les seves troballes, però aquest material encara no va coincidir amb la combinació de la ITO d’alta transparència òptica i conductivitat elèctrica. Diu, el nou material més ordenat, és de deu vegades millor que la versió anterior.
La transparència i la conductivitat combinades es mesura en unitats de Siemens per centímetre. L’ITO oscil·la entre els 6.000 i els 10.000 i, tot i que ningú no esperava que un material nou coincidís amb aquests números, l’objectiu de la investigació era trobar un material que pogués assolir un valor mínim de 35. La publicació anterior va sobrepassar-la demostrant un valor de 50. I el nou material ha saltat aquest resultat, arribant a 3.000; l’equip segueix treballant en l’ajustament del procés per augmentar-lo encara més.
El material flexible d’alt rendiment, un polímer orgànic conegut com PEDOT, es diposita en una capa d’ultratina a tan sols uns nanòmetres de gruix, mitjançant un procés anomenat deposició de vapor químic oxidatiu (oCVD). Aquest procés resulta en una capa on l'estructura dels minúsculs cristalls que formen el polímer estan perfectament alineats horitzontalment, donant al material una alta conductivitat. Addicionalment, el mètode oCVD pot disminuir la distància d’apilament entre les cadenes de polímer dins dels cristal·lits, cosa que també millora la conductivitat elèctrica.
Per demostrar la utilitat potencial del material, l'equip va incorporar una capa de PEDOT molt alineada a una cèl·lula solar basada en perovskita. Es considera que aquestes cèl·lules són una alternativa molt prometedora al silici per la seva gran eficàcia i facilitat de fabricació, però la seva falta de durabilitat ha estat un desavantatge important. Amb el nou PEDOT alineat a oCVD, l’eficiència del perovskite va millorar i la seva estabilitat es va duplicar.
En les proves inicials, la capa oCVD es va aplicar a substrats de 6 polzades de diàmetre, però el procés es va poder aplicar directament a un procés de fabricació a gran escala a escala industrial, de rotllo a rotlle, explica Heydari Gharahcheshmeh. "Ara és fàcil adaptar-se a escala industrial", afirma. Això es facilita amb el fet que el recobriment es pot processar a 140 graus centígrads, una temperatura molt inferior a la que necessiten els materials alternatius.
El oCVD PEDOT és un procés senzill en un sol pas, que permet la deposició directa sobre substrats plàstics, segons es desitgi per a les cèl·lules i pantalles solars flexibles. En canvi, les condicions agressives de creixement de molts altres materials conductors transparents requereixen una deposició inicial sobre un substrat diferent, més robust, seguit de processos complexos per aixecar la capa i transferir-la al plàstic.
Com que el material està fabricat per un procés de deposició de vapor sec, les capes primes produïdes poden seguir fins i tot els contorns més fins d’una superfície, recobrint-les de manera uniforme, cosa que podria ser útil en algunes aplicacions. Per exemple, es pot revestir sobre teixit i cobrir cada fibra, però tot i així permetre que el teixit respire.
L’equip encara ha de demostrar el sistema a escales més grans i demostrar la seva estabilitat en períodes més llargs i en diferents condicions, de manera que la investigació està en marxa. Però “no hi ha cap barrera tècnica per avançar. És realment una qüestió de qui invertirà per portar-lo al mercat ", afirma Gleason.
L’equip d’investigació va incloure els postdocs del MIT, Mohammad Mahdi Tavakoli i Maxwell Robinson, i el filial investigador Edward Gleason. El treball va comptar amb el suport de Eni SpA dins del programa Eni-MIT Alliance Solar Frontiers.
