Kaynak: news.mit
MIT araştırmacıları şeffaf, iletken bir kaplama malzemesi üzerinde geliştiler ve elektrik iletkenliğinde on kat kazanç elde ettiler. Bir tür yüksek verimli güneş pili içine dahil edildiğinde, malzeme hücrenin verimliliğini ve stabilitesini arttırdı.
Yeni bulgular bugün Science Advances dergisinde, MIT postdoc Meysam Heydari Gharahcheshmeh, profesörler Karen Gleason ve Jing Kong ve diğer üç kişinin makalesinde yayınlandı.
“Amaç elektriksel olarak iletken ve şeffaf bir malzeme bulmaktır,” diye açıklıyor Gleason, “dokunmatik ekranlar ve güneş pilleri de dahil olmak üzere bir dizi uygulamada yararlı olacaktır.” Bu amaçlar için günümüzde en çok kullanılan malzeme İndiyum titanyum oksit için ITO olarak bilinir, ancak bu malzeme oldukça kırılgandır ve bir süre kullanıldıktan sonra çatlayabilir.
Gleason ve ortak araştırmacıları, iki yıl önce şeffaf, iletken bir malzemenin esnek bir versiyonunu geliştirdiler ve bulgularını yayınladılar, ancak bu malzeme, ITO'nun yüksek optik şeffaflık ve elektrik iletkenliği kombinasyonunu eşleştirmekten hala çok yetersiz kaldı. Yeni, daha düzenli malzemenin, önceki versiyondan 10 kat daha iyi olduğunu söylüyor.
Birleşik şeffaflık ve iletkenlik, Siemens'in santimetre birimi cinsinden ölçülür. ITO 6.000 ila 10.000 arasında değişiyor ve hiç kimse bu rakamlarla eşleşmesi için yeni bir malzeme beklemese de, araştırmanın amacı en az 35 değerine ulaşabilecek bir malzeme bulmaktı. ve yeni malzeme bu sonucu atladı, şimdi 3.000'de geliyor; ekip hala bunu daha da ileriye taşımak için ince ayar üzerinde çalışıyor.
PEDOT olarak bilinen organik bir polimer olan yüksek performanslı esnek malzeme, oksidatif kimyasal buhar birikimi (oCVD) adı verilen bir işlem kullanılarak sadece birkaç nanometre kalınlığında bir ultra ince tabakada biriktirilir. Bu işlem, polimeri oluşturan küçük kristallerin yapısının yatay olarak mükemmel bir şekilde hizalandığı ve malzemeye yüksek iletkenlik kazandığı bir tabaka ile sonuçlanır. Ek olarak oCVD yöntemi, kristalitler içindeki polimer zincirleri arasındaki yığın mesafesini azaltabilir ve bu da elektrik iletkenliğini arttırır.
Malzemenin potansiyel yararlılığını göstermek için ekip, yüksek derecede hizalanmış PEDOT katmanını perovskit bazlı bir güneş pili içine dahil etti. Bu tür hücreler, yüksek verimlilikleri ve üretim kolaylıkları nedeniyle silikon için çok umut verici bir alternatif olarak kabul edilir, ancak dayanıklılık eksikliği büyük bir dezavantaj olmuştur. Yeni oCVD uyumlu PEDOT ile perovskitin verimliliği arttı ve stabilitesi iki katına çıktı.
İlk testlerde, oCVD katmanı 6 inç çapındaki alt tabakalara uygulandı, ancak işlem doğrudan büyük ölçekli, rulodan ruloya endüstriyel ölçekli üretim sürecine uygulanabilir, diyor Heydari Gharahcheshmeh. “Artık endüstriyel ölçek büyütmeye uyum sağlamak kolay” diyor. Bu, kaplamanın 140 santigrat derecede işlenebilmesiyle kolaylaştırılır - alternatif malzemelerin gerektirdiğinden çok daha düşük bir sıcaklık.
OCVD PEDOT, esnek güneş pilleri ve ekranlar için istendiği gibi plastik substratlar üzerinde doğrudan birikmeyi sağlayan hafif, tek aşamalı bir işlemdir. Buna karşılık, diğer birçok saydam iletken malzemenin agresif büyüme koşulları, farklı, daha sağlam bir alt tabaka üzerinde bir ilk biriktirme, ardından katmanı kaldırmak ve plastiğe aktarmak için karmaşık süreçler gerektirir.
Malzeme bir kuru buhar biriktirme işlemiyle yapıldığı için, üretilen ince tabakalar bir yüzeyin en ince konturlarını bile takip edebilir ve hepsini eşit olarak kaplar, bu da bazı uygulamalarda faydalı olabilir. Örneğin, kumaş üzerine kaplanabilir ve her bir elyafı kaplayabilir, ancak yine de kumaşın nefes almasına izin verebilir.
Ekibin hala sistemi daha büyük ölçeklerde göstermesi ve istikrarını daha uzun dönemlerde ve farklı koşullar altında kanıtlaması gerekiyor, bu nedenle araştırma devam ediyor. Ancak “bunu ileriye taşımak için teknik bir engel yok. Gerçekten sadece pazara götürmek için kimin yatırım yapacağına dair bir sorun var ”diyor Gleason.
Araştırma ekibi MIT doktora sonrası Muhammed Mahdi Tavakoli ve Maxwell Robinson ve araştırma kuruluşu Edward Gleason'u içeriyordu. Çalışma, Eni SpA tarafından Eni-MIT Alliance Solar Frontiers Programı kapsamında desteklendi.