Sumber: news.mit
Para penyelidik MIT telah bertambah baik pada bahan salutan konduktif yang telus, menghasilkan keuntungan sepuluh kali ganda dalam kekonduksian elektriknya. Apabila dimasukkan ke dalam satu jenis sel solar kecekapan tinggi, bahan itu meningkatkan kecekapan dan kestabilan sel.
Penemuan baru dilaporkan hari ini dalam jurnal Science Advances, dalam karya tulis oleh MIT postdoc Meysam Heydari Gharahcheshmeh, profesor Karen Gleason dan Jing Kong, dan tiga orang lain.
"Matlamatnya ialah untuk mencari bahan yang konduktif elektrik serta telus," jelas Gleason, yang akan "berguna dalam pelbagai aplikasi, termasuk skrin sentuhan dan sel solar." Bahan yang paling banyak digunakan hari ini untuk tujuan tersebut adalah yang dikenali sebagai ITO, untuk indium titanium oksida, tetapi bahan itu agak rapuh dan boleh retak selepas tempoh penggunaan, katanya.
Gleason dan penyelidik bersama beliau meningkatkan versi fleksibel bahan konduktif yang transparan dua tahun yang lalu dan menerbitkan penemuan mereka, tetapi bahan ini masih kurang menyamai kombinasi ketelusan optik tinggi dan konduktiviti elektrik yang sepadan dengan ITO. Bahan baru yang lebih diperintahkan, katanya, lebih daripada 10 kali lebih baik daripada versi terdahulu.
Ketelusan dan kekonduksian gabungan diukur dalam unit Siemens per centimeter. ITO berkisar antara 6,000 hingga 10,000, dan walaupun tidak ada yang mengharapkan bahan baru untuk menyesuaikan bilangan tersebut, matlamat penyelidikan adalah untuk mencari bahan yang boleh mencapai sekurang-kurangnya nilai 35. Penerbitan terdahulu melampaui dengan menunjukkan nilai 50 , dan bahan baru telah melompat hasil itu, kini mencapai 3,000; pasukan itu masih berusaha menyempurnakan proses untuk meningkatkan lagi.
Bahan fleksibel berprestasi tinggi, polimer organik yang dikenali sebagai PEDOT, disimpan dalam lapisan ultrathin hanya beberapa nanometer tebal, menggunakan proses yang dipanggil pemendapan wap kimia oksidatif (oCVD). Proses ini menghasilkan lapisan di mana struktur kristal kecil yang membentuk polimer semuanya sejajar dengan lurus, memberikan bahan kekonduksiannya yang tinggi. Di samping itu, kaedah oCVD dapat mengurangkan jarak susun antara rantai polimer dalam kristal, yang juga meningkatkan kekonduksian elektrik.
Untuk menunjukkan potensi kegunaan bahan, pasukan itu memasukkan lapisan PEDOT yang sangat sejajar ke dalam sel suria berasaskan perovskite. Sel-sel sedemikian dianggap alternatif yang sangat menjanjikan kepada silikon kerana kecekapan tinggi dan kemudahan pembuatannya, tetapi kekurangan ketahanan mereka menjadi kelemahan utama. Dengan oCVD baru yang diselaraskan PEDOT, kecekapan perovskite bertambah baik dan kestabilannya meningkat dua kali ganda.
Dalam ujian awal, lapisan oCVD digunakan pada substrat yang berdiameter 6 inci, tetapi prosesnya dapat diterapkan secara langsung ke skala besar proses pembuatan skala industri, kata Heydari Gharahcheshmeh. "Ia kini mudah menyesuaikan diri untuk skala industri," katanya. Itu difasilitasi oleh hakikat bahawa salutan boleh diproses pada 140 darjah Celsius - suhu yang jauh lebih rendah daripada keperluan bahan alternatif.
PEDOT oCVD adalah proses yang ringan, satu langkah, yang membolehkan pendapan langsung ke substrat plastik, seperti yang dikehendaki untuk sel solar fleksibel dan paparan. Sebaliknya, keadaan pertumbuhan agresif banyak bahan konduktif telus yang lain memerlukan pemendapan permulaan pada substrat berlainan yang lebih kuat, diikuti dengan proses kompleks untuk mengangkat lapisan dan memindahkannya ke plastik.
Kerana bahan dibuat oleh proses pemendapan wap kering, lapisan tipis yang dihasilkan dapat mengikuti walaupun kontur yang terbaik dari permukaan, melapisi semuanya secara merata, yang dapat berguna dalam beberapa aplikasi. Sebagai contoh, ia boleh disalut ke kain dan meliputi setiap serat tetapi masih membenarkan kain untuk bernafas.
Pasukan masih perlu menunjukkan sistem pada skala yang lebih besar dan membuktikan kestabilannya dalam tempoh yang lebih lama dan dalam keadaan yang berbeza, sehingga penyelidikan sedang berlangsung. Tetapi "tidak ada halangan teknikal untuk bergerak ke hadapan ini. Ia benar-benar hanya satu perkara yang akan melabur untuk membawanya ke pasaran, "kata Gleason.
Pasukan penyelidikan termasuk MIT postdocs Mohammad Mahdi Tavakoli dan Maxwell Robinson, dan penyelidik Edward Gleason. Kerja ini disokong oleh Eni SpA di bawah Program Perbatasan Solar Eni-MIT.