Fonte: news.mit
I ricercatori del MIT hanno migliorato un materiale di rivestimento trasparente e conduttivo, producendo un guadagno di dieci volte nella sua conduttività elettrica. Quando incorporato in un tipo di cella solare ad alta efficienza, il materiale ha aumentato l'efficienza e la stabilità della cella.
I nuovi risultati sono stati riportati oggi sulla rivista Science Advances, in un articolo del postdoc del MIT Meysam Heydari Gharahcheshmeh, i professori Karen Gleason e Jing Kong e altri tre.
"L'obiettivo è quello di trovare un materiale che sia elettricamente conduttivo e trasparente", spiega Gleason, che sarebbe "utile in una vasta gamma di applicazioni, tra cui schermi tattili e celle solari". Il materiale più utilizzato oggi per tali scopi è noto come ITO, per ossido di titanio e indio, ma quel materiale è piuttosto fragile e può rompersi dopo un periodo di utilizzo, dice.
Gleason e i suoi co-ricercatori hanno migliorato una versione flessibile di un materiale conduttivo trasparente due anni fa e hanno pubblicato le loro scoperte, ma questo materiale non era ancora all'altezza della combinazione tra ITO di elevata trasparenza ottica e conducibilità elettrica. Il nuovo materiale più ordinato, afferma, è oltre 10 volte migliore della versione precedente.
La trasparenza e la conducibilità combinate sono misurate in unità di Siemens per centimetro. ITO varia da 6.000 a 10.000 e, sebbene nessuno si aspettasse che un nuovo materiale corrispondesse a tali numeri, l'obiettivo della ricerca era quello di trovare un materiale che potesse raggiungere almeno un valore di 35. La precedente pubblicazione superava quella dimostrando un valore di 50 , e il nuovo materiale ha superato questo risultato, raggiungendo ora i 3.000; il team sta ancora lavorando alla messa a punto del processo per aumentarlo ulteriormente.
Il materiale flessibile ad alte prestazioni, un polimero organico noto come PEDOT, viene depositato in uno strato ultrasottile di pochi nanometri di spessore, utilizzando un processo chiamato deposizione chimica da vapore ossidativo (oCVD). Questo processo si traduce in uno strato in cui la struttura dei minuscoli cristalli che formano il polimero sono tutti perfettamente allineati orizzontalmente, conferendo al materiale la sua alta conduttività. Inoltre, il metodo oCVD può ridurre la distanza di impilamento tra catene polimeriche all'interno dei cristalliti, migliorando anche la conduttività elettrica.
Per dimostrare la potenziale utilità del materiale, il team ha incorporato uno strato del PEDOT altamente allineato in una cella solare a base di perovskite. Tali celle sono considerate un'alternativa molto promettente al silicio a causa della loro alta efficienza e facilità di fabbricazione, ma la loro mancanza di durata è stata un grave svantaggio. Con il nuovo PEDOT oCVD allineato, l'efficienza della perovskite è migliorata e la sua stabilità è raddoppiata.
Nei test iniziali, lo strato di oCVD è stato applicato a substrati con un diametro di 6 pollici, ma il processo potrebbe essere applicato direttamente a un processo di fabbricazione su larga scala, roll-to-roll su scala industriale, dice Heydari Gharahcheshmeh. "Ora è facile adattarsi per il ridimensionamento industriale", afferma. Ciò è facilitato dal fatto che il rivestimento può essere lavorato a 140 gradi Celsius, una temperatura molto più bassa rispetto a quella richiesta da materiali alternativi.
OCVD PEDOT è un processo delicato, a singolo passaggio, che consente la deposizione diretta su substrati di plastica, come desiderato per celle e display solari flessibili. Al contrario, le condizioni di crescita aggressiva di molti altri materiali conduttivi trasparenti richiedono un deposito iniziale su un substrato diverso e più robusto, seguito da processi complessi per sollevare lo strato e trasferirlo in plastica.
Poiché il materiale è costituito da un processo di deposizione a vapore secco, gli strati sottili prodotti possono seguire anche i contorni più sottili di una superficie, rivestendoli tutti in modo uniforme, il che potrebbe essere utile in alcune applicazioni. Ad esempio, potrebbe essere rivestito su tessuto e coprire ogni fibra, ma consentire comunque al tessuto di respirare.
Il team deve ancora dimostrare il sistema su larga scala e dimostrarne la stabilità per periodi più lunghi e in condizioni diverse, quindi la ricerca è in corso. Ma “non c'è alcun ostacolo tecnico per andare avanti. È davvero solo una questione di chi investirà per portarlo sul mercato ”, afferma Gleason.
Il team di ricerca comprendeva i postdocs del MIT Mohammad Mahdi Tavakoli e Maxwell Robinson e l'affiliata alla ricerca Edward Gleason. Il lavoro è stato supportato da Eni SpA nell'ambito del programma Eni-MIT Alliance Solar Frontiers.