پوشش روشن ، رسانا می تواند از سلولهای خورشیدی پیشرفته و صفحه نمایش لمسی محافظت کند

- Nov 30, 2019-

منبع: news.mit


Clear, conductive coating could protect advanced solar cells, touch screens


محققان MIT بر روی یک ماده پوشش دهنده شفاف و رسانا بهبود یافته اند ، و ده برابر شدن در هدایت الکتریکی آن را ایجاد می کنند. هنگامی که در یک نوع سلول خورشیدی با راندمان بالا قرار گرفت ، این ماده باعث افزایش راندمان و پایداری سلول می شود.


یافته های جدید امروز در ژورنال Science Advances ، در مقاله ای از میتام حیدری قره چشمه ، اساتید پست الکترونیکی MIT ، اساتید کارن گلیسون و جینگ کنگ و سه نفر دیگر گزارش شده است.


گلیسون توضیح می دهد: "هدف این است که ماده ای برق رسانده و همچنین شفاف باشد." در طیف وسیعی از کاربردها از جمله صفحه نمایش لمسی و سلولهای خورشیدی مفید خواهد بود. "ماده ای که امروزه برای این منظور بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. او می گوید ، به دلیل اكسید تیتانیوم ایندیم به عنوان ITO شناخته شده است ، اما این ماده بسیار شكننده است و می تواند پس از یك دوره استفاده از آن سیر شود.


گلیسون و همكارانش دو سال پیش نسخه قابل انعطافی از مواد شفاف و رسانا را بهبود بخشیدند و یافته های خود را منتشر كردند ، اما این ماده هنوز از تركیب ITO با شفافیت نوری بالا و هدایت الکتریسیته مطابقت نداشت. به گفته وی ، مواد جدید تر و مرتب تر ، 10 برابر بهتر از نسخه قبلی است.


میزان شفافیت و هدایت در واحدهای زیمنس در هر سانتی متر اندازه گیری می شود. ITO از 6000 تا 10،000 متغیر است ، و گرچه هیچ کس انتظار نداشت که مطالب جدیدی با این شماره ها مطابقت داشته باشد ، هدف از این تحقیق یافتن ماده ای بود که بتواند حداقل به 35 عدد برسد. انتشارات قبلی بیش از آن بود که با نشان دادن مقدار 50 ، و مطالب جدید این نتیجه را فاش کرده است که اکنون با 3000 ساعت به طول می انجامد. این تیم هنوز در تلاش است تا روند کار را برای تنظیم بیشتر این روند انجام دهد.

ماده انعطاف پذیر با کارایی بالا ، یک پلیمر آلی با نام PEDOT ، با استفاده از فرآیندی به نام رسوب بخار شیمیایی اکسیداتیو (oCVD) ، در یک لایه اولتراستین با ضخامت چند نانومتر اندازه می گیرد. این فرآیند به لایه ای منجر می شود كه ساختار بلورهای كوچك كه پلیمر را تشكیل می دهند همگی از نظر افقی كاملاً هماهنگ هستند و از این ماده رسانایی بالایی دارند. علاوه بر این ، روش oCVD می تواند فاصله انباشت بین زنجیره های پلیمری در بلورها را کاهش دهد ، که این باعث افزایش هدایت الکتریکی نیز می شود.


برای نشان دادن سودمندی بالقوه مواد ، این تیم لایه ای از PEDOT بسیار هم تراز را در یک سلول خورشیدی مستقر در پروسکسکیت گنجانید. چنین سلول هایی به دلیل کارایی بالا و سهولت در ساخت ، جایگزین بسیار امیدوار کننده ای برای سیلیکون محسوب می شوند ، اما عدم ماندگاری آنها یک اشکال اساسی بوده است. با PEDOT جدید تراز شده با oCVD ، راندمان پروسکایت بهبود یافته و ثبات آن دو برابر شده است.


در تست های اولیه ، لایه oCVD روی بسترهایی به قطر 6 اینچ اعمال شد ، اما این فرایند می تواند به طور مستقیم بر روی یک فرآیند تولید مقیاس صنعتی بزرگ ، رول به رول اعمال شود ، حیدری قره چشمه می گوید. او می گوید: "اکنون سازگاری با مقیاس صنعتی آسان است." این امر با این واقعیت تسهیل می شود که می توان این پوشش را در دمای 140 درجه سانتیگراد پردازش کرد - دمای بسیار پایین تر از مواد جایگزین مورد نیاز است.


oCVD PEDOT یک فرآیند خفیف و تک مرحله ای است که امکان رسوب مستقیم روی بسترهای پلاستیکی را فراهم می کند ، همانطور که برای سلول های خورشیدی انعطاف پذیر و نمایشگر مورد نظر است. در مقابل ، شرایط رشد تهاجمی بسیاری از مواد رسانای شفاف دیگر ، نیاز به رسوب اولیه روی یک بستر متفاوت و مستحکم تر دارد و به دنبال آن فرآیندهای پیچیده ای برای بلند کردن لایه و انتقال آن به پلاستیک انجام می شود.


از آنجا که این ماده توسط یک فرآیند رسوب بخار خشک ساخته شده است ، لایه های نازک تولید شده حتی می توانند از بهترین کانتورهای یک سطح پیروی کنند و همه آنها را به طور یکنواخت پوشش دهند ، که در بعضی از کاربردها می تواند مفید باشد. به عنوان مثال ، می توان آن را روی پارچه پوشاند و هر فیبر را پوشاند ، اما هنوز هم اجازه تنفس پارچه را می دهد.


این تیم همچنان باید سیستم را در مقیاسهای بزرگ تر نشان داده و ثبات خود را در دوره های طولانی تر و در شرایط مختلف اثبات کند ، بنابراین تحقیقات ادامه دارد. اما "هیچ مانعی فنی برای پیشبرد این امر وجود ندارد. واقعاً فقط این مسئله است که چه کسی سرمایه گذاری خواهد کرد تا آن را به بازار ببرد. "


این تیم تحقیقاتی شامل پست های دبیرکل MIT محمد مهدی توکلی و ماکسول رابینسون و عضو تحقیقات ادوارد گلیسون بودند. این کار توسط Eni SpA تحت برنامه Eni-MIT Alliance Solar Frontiers Frontiers پشتیبانی شد.