Ilustración esquemática de la síntesis de PEDOT por el método oCVD. (A) La etapa de enjuague ácido posterior a la deposición (por ejemplo, Enjuague con MeOH o HBr) se usa generalmente para poli (3, Películas de 4-etileno dioxitiofeno) (PEDOT) cultivadas utilizando FeCl3 como oxidante para eliminar oxidantes sin reaccionar y subproductos de oxidación y aumentar la conductividad. (B) La síntesis de PEDOT usando VOCl3 como oxidante no requiere el tratamiento de enjuague ácido, y la película fabricada se utiliza directamente en la fabricación del dispositivo como un verdadero paso único, proceso completamente seco. Crédito:"Tuning, mejoramiento, y la integración del dispositivo de células solares de perovskita de poli ultradelgado (3, Películas de 4-etileno dioxitiofeno) mediante un proceso completamente seco de un solo paso " Avances de la ciencia (2019).
Los investigadores del MIT han mejorado de forma transparente, material de revestimiento conductor, produciendo una ganancia de diez veces en su conductividad eléctrica. Cuando se incorpora a un tipo de célula solar de alta eficiencia, el material aumentó la eficiencia y la estabilidad de la celda.
Los nuevos hallazgos se informan en la revista. Avances de la ciencia , en un artículo del postdoctorado del MIT Meysam Heydari Gharahcheshmeh, los profesores Karen Gleason y Jing Kong, y otros tres.
"El objetivo es encontrar un material que sea conductor de electricidad y transparente, "Gleason explica, que sería "útil en una variedad de aplicaciones, incluyendo pantallas táctiles y células solares ". El material más utilizado hoy en día para tales fines se conoce como ITO, para óxido de titanio indio, pero ese material es bastante frágil y puede agrietarse después de un período de uso, ella dice.
Gleason y sus co-investigadores mejoraron una versión flexible de un material conductor hace dos años y publicaron sus hallazgos, pero este material todavía estaba muy lejos de igualar la combinación de ITO de alta transparencia óptica y conductividad eléctrica. El nuevo, material más ordenado, ella dice, es más de 10 veces mejor que la versión anterior.
La transparencia y la conductividad combinadas se miden en unidades de Siemens por centímetro. ITO varía de 6, 000 a 10, 000, y aunque nadie esperaba que un nuevo material coincidiera con esos números, el objetivo de la investigación era encontrar un material que pudiera alcanzar al menos un valor de 35. La publicación anterior superó eso al demostrar un valor de 50, y el nuevo material ha superado ese resultado, ahora registrando a las 3, 000; el equipo todavía está trabajando en afinar el proceso para elevarlo aún más.
El material flexible de alto rendimiento, un polímero orgánico conocido como PEDOT, se deposita en una capa ultrafina de unos pocos nanómetros de espesor, mediante un proceso llamado deposición química oxidativa en fase de vapor (oCVD). Este proceso da como resultado una capa donde la estructura de los diminutos cristales que forman el polímero están perfectamente alineados horizontalmente. dando al material su alta conductividad. Adicionalmente, el método oCVD puede disminuir la distancia de apilamiento entre las cadenas de polímero dentro de los cristalitos, que también mejora la conductividad eléctrica.
Para demostrar la utilidad potencial del material, el equipo incorporó una capa del PEDOT altamente alineado en una célula solar basada en perovskita. Estas células se consideran una alternativa muy prometedora al silicio debido a su alta eficiencia y facilidad de fabricación. pero su falta de durabilidad ha sido un gran inconveniente. Con el nuevo PEDOT alineado con oCVD, la eficacia de la perovskita mejoró y su estabilidad se duplicó.
En las pruebas iniciales, la capa de oCVD se aplicó a sustratos que tenían 6 pulgadas de diámetro, pero el proceso podría aplicarse directamente a gran escala, proceso de fabricación a escala industrial rollo a rollo, Heydari Gharahcheshmeh dice. "Ahora es fácil de adaptar para la ampliación industrial, ", dice. Eso se ve facilitado por el hecho de que el recubrimiento se puede procesar a 140 grados Celsius, una temperatura mucho más baja que la que requieren los materiales alternativos.
El oCVD PEDOT es un proceso de un solo paso, permitiendo la deposición directa sobre sustratos plásticos, como se desee para pantallas y células solares flexibles. A diferencia de, las agresivas condiciones de crecimiento de muchos otros materiales conductores transparentes requieren una deposición inicial en un diferente, sustrato más robusto, seguido de procesos complejos para levantar la capa y transferirla al plástico.
Debido a que el material se fabrica mediante un proceso de deposición de vapor seco, las finas capas producidas pueden seguir incluso los contornos más finos de una superficie, recubriéndolos todos uniformemente, que podría ser útil en algunas aplicaciones. Por ejemplo, podría recubrirse con tela y cubrir cada fibra pero aún permitir que la tela respire.
El equipo aún debe demostrar el sistema a escalas más grandes y demostrar su estabilidad durante períodos más largos y en diferentes condiciones. por lo que la investigación está en curso. Pero "no existe una barrera técnica para hacer avanzar esto. En realidad, es solo una cuestión de quién invertirá para llevarlo al mercado, "Dice Gleason.
