El revestimiento conductor transparente podría proteger las células solares y las pantallas táctiles avanzadas



Los investigadores del MIT han mejorado los materiales de recubrimiento transparentes y conductivos, aumentando su conductividad eléctrica en 10. Incorporado en un tipo de célula solar de alta eficiencia, este material aumentó la eficiencia y la estabilidad de la célula.

Nuevos descubrimientos se informan hoy en el periódico. Progreso de la ciencia, en un artículo postdoctoral del MIT, Meysam Heydari Gharahcheshmeh, los profesores Karen Gleason y Jing Kong, así como otros tres.

"El objetivo es encontrar un material conductor y transparente", explica, que sería "útil en muchas aplicaciones, incluidas las pantallas táctiles y las células solares". El material más utilizado para este propósito se conoce como ITO para el óxido de titanio, pero este material es bastante frágil y puede agrietarse después de un período de uso, explica.

Gleason y sus co-investigadores mejoraron una versión flexible de un material transparente y conductivo hace dos años y publicaron sus resultados, pero este material aún no estuvo a la altura de la combinación de alta transparencia óptica y conductividad. ITO El nuevo equipo, más ordenado, dice ella, es más de 10 veces mejor que la versión anterior.

La transparencia y la conductividad combinadas se miden en unidades de Siemens por centímetro. Los ITO varían de 6,000 a 10,000, y aunque nadie espera que el nuevo equipo coincida con estos números, el objetivo de la investigación fue encontrar un material que pudiera alcanzar al menos un valor de 35. La publicación anterior excedió esto al demostrar un valor de 50 y el nuevo material superó este resultado, ahora llegando a 3,000; el equipo todavía está trabajando en ajustar el proceso para mejorarlo.

El material flexible de alto rendimiento, un polímero orgánico llamado PEDOT, se deposita en una capa ultra delgada de unos pocos nanómetros de espesor, de acuerdo con un proceso llamado deposición química en la fase oxidante (oCVD). Este proceso da como resultado una capa donde la estructura de los pequeños cristales que forman el polímero está perfectamente alineada horizontalmente, lo que le da al material una alta conductividad. Además, el proceso oCVD puede reducir la distancia de apilamiento entre las cadenas de polímero dentro de los cristalitos, lo que también mejora la conductividad eléctrica.

Para demostrar la utilidad potencial del material, el equipo incorporó una capa PEDOT altamente alineada en una célula solar basada en perovskita. Dichas celdas se consideran una alternativa muy prometedora al silicio debido a su alta eficiencia y facilidad de fabricación, pero su falta de durabilidad es un gran inconveniente. Con el nuevo PEDOT alineado con oCVD, la eficiencia de la perovskita ha mejorado y su estabilidad se ha duplicado.

En las primeras pruebas, la capa de oCVD se aplicó a sustratos de 6 pulgadas de diámetro, pero el proceso podría aplicarse directamente a un proceso de fabricación industrial de rodillo a rodillo a gran escala, dice Heydari Gharahcheshmeh. "Ahora es fácil adaptarse a escala industrial", dice. Esto se ve facilitado por el hecho de que el recubrimiento puede tratarse a 140 grados Celsius, una temperatura mucho más baja que la requerida por materiales alternativos.

OCVD PEDOT es un proceso suave de un solo paso para la deposición directa sobre sustratos de plástico, como se desea para pantallas y células solares flexibles. Por otro lado, las condiciones agresivas de crecimiento de muchos otros materiales conductores transparentes requieren la deposición inicial en un sustrato diferente y más robusto, seguido de procesos complejos para despegar la capa y transferirla al plástico.

Dado que el material se fabrica mediante un proceso de deposición de vapor seco, las películas finas producidas pueden seguir los contornos más finos de una superficie, cubriéndolas uniformemente, lo que podría ser útil en algunas aplicaciones. Por ejemplo, se puede aplicar a la tela y cubrir cada fibra mientras se deja que el tejido respire.

El equipo aún tiene que demostrar el sistema a mayor escala y demostrar su estabilidad durante períodos más largos y bajo diferentes condiciones. La búsqueda continúa. Pero "no hay barrera técnica para este progreso. Realmente se trata de quién invertirá para ponerlo en el mercado ", dice Gleason.

Mohammad Mahdi Tavakoli y Maxwell Robinson, posdoctorados en el MIT, y Edward Gleason, investigador asociado. El trabajo fue apoyado por Eni S.p.A. como parte del programa Eni-MIT Alliance Solar Frontiers.

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