Illustrazione schematica della sintesi PEDOT con il metodo oCVD. (A) La fase di risciacquo acido post-deposizione (ad es. Risciacquo con MeOH o HBr) viene generalmente utilizzato per poli(3, Film di 4-etilene diossitiofene) (PEDOT) coltivati utilizzando FeCl3 come ossidante per rimuovere ossidanti non reagiti e sottoprodotti di ossidazione e aumentare la conduttività. (B) La sintesi di PEDOT utilizzando VOCl3 come ossidante non richiede il trattamento di risciacquo acido, e il film fabbricato viene utilizzato direttamente nella fabbricazione del dispositivo come un vero passaggio singolo, processo completamente a secco. Credito:"Sintonizzazione, ottimizzazione, e integrazione di dispositivi a celle solari in perovskite di poli(3, 4-etilene diossitiofene) attraverso un processo completamente a secco in un'unica fase" Progressi scientifici (2019).
I ricercatori del MIT hanno migliorato su un trasparente, materiale di rivestimento 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.
Le nuove scoperte sono riportate sulla rivista Progressi scientifici , in un articolo del postdoc del MIT Meysam Heydari Gharahcheshmeh, professori Karen Gleason e Jing Kong, e altri tre.
"L'obiettivo è trovare un materiale che sia elettricamente conduttivo oltre che trasparente, "Gleason spiega, che sarebbe "utile in una serie di applicazioni, compresi touch screen e celle solari." Il materiale più utilizzato oggi per tali scopi è noto come ITO, per indio titanio ossido, ma quel materiale è piuttosto fragile e può rompersi dopo un periodo di utilizzo, lei dice.
Gleason e i suoi co-ricercatori hanno migliorato una versione flessibile di un trasparente, materiale conduttivo due anni fa e ha pubblicato i loro risultati, ma questo materiale era ancora ben al di sotto della combinazione di elevata trasparenza ottica e conduttività elettrica di ITO. Il nuovo, materiale più ordinato, lei dice, è più di 10 volte migliore della versione precedente.
La trasparenza e la conduttività combinate vengono 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 quei numeri, l'obiettivo della ricerca era trovare un materiale che potesse raggiungere almeno un valore di 35. La pubblicazione precedente lo superava dimostrando un valore di 50, e il nuovo materiale ha scavalcato quel risultato, ora timbrando alle 3, 000; il team sta ancora lavorando per mettere a punto il processo per aumentarlo ulteriormente.
Il materiale flessibile ad alte prestazioni, un polimero organico noto come PEDOT, si deposita in uno strato ultrasottile dello spessore di pochi nanometri, utilizzando un processo chiamato deposizione chimica da vapore ossidativo (oCVD). Questo processo si traduce in uno strato in cui le strutture dei minuscoli cristalli che formano il polimero sono tutte perfettamente allineate orizzontalmente, conferendo al materiale la sua elevata conduttività. Inoltre, il metodo oCVD può ridurre la distanza di impilamento tra le catene polimeriche all'interno dei cristalliti, che migliora 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 elevata efficienza e facilità di fabbricazione, ma la loro mancanza di durata è stata un grave inconveniente. Con il nuovo PEDOT allineato oCVD, l'efficienza della perovskite è migliorata e la sua stabilità è raddoppiata.
Nelle prove iniziali, lo strato oCVD è stato applicato a substrati di 6 pollici di diametro, ma il processo potrebbe essere applicato direttamente su larga scala, processo di produzione su scala industriale roll-to-roll, Heydari Gharahcheshmeh dice. "Ora è facile adattarsi allo scale-up industriale, ", afferma. Ciò è facilitato dal fatto che il rivestimento può essere lavorato a 140 gradi Celsius, una temperatura molto più bassa di quella richiesta dai materiali alternativi.
L'oCVD PEDOT è un lieve, processo in un'unica fase, consentendo la deposizione diretta su substrati plastici, come desiderato per celle solari flessibili e display. In contrasto, le condizioni aggressive di crescita di molti altri materiali conduttivi trasparenti richiedono una deposizione iniziale su un diverso, substrato più robusto, seguito da processi complessi per sollevare lo strato e trasferirlo sulla plastica.
Poiché il materiale è costituito da un processo di deposizione di vapore secco, i sottili strati prodotti possono seguire anche i contorni più fini di una superficie, rivestendoli tutti in modo uniforme, che potrebbe essere utile in alcune applicazioni. Per 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 scala più ampia e dimostrarne la stabilità per periodi più lunghi e in condizioni diverse, quindi la ricerca è in corso. Ma "non ci sono barriere tecniche per andare avanti. È solo una questione di chi investirà per portarlo sul mercato, "dice Gleason.
