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

- Nov 30, 2019-

Fuente: news.mit


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


Los investigadores del MIT han mejorado en un material de recubrimiento conductivo transparente, produciendo una ganancia de diez veces en su conductividad eléctrica. Cuando se incorpora a un tipo de célula solar de alta eficiencia, el material aumenta la eficiencia y la estabilidad de la célula.


Los nuevos hallazgos se informan hoy en la revista Science Advances, 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", explica Gleason, que sería "útil en una variedad de aplicaciones, incluidas las pantallas táctiles y las células solares". El material más utilizado hoy en día para tales fines es conocido como ITO, por óxido de titanio indio, pero ese material es bastante frágil y puede agrietarse después de un período de uso, dice ella.


Gleason y sus coinvestigadores mejoraron una versión flexible de un material conductor transparente hace dos años y publicaron sus hallazgos, pero este material aún no alcanzó a combinar la combinación de alta transparencia óptica y conductividad eléctrica de ITO. El material nuevo y más ordenado, 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 excedió eso al demostrar un valor de 50 , y el nuevo material ha superado ese resultado, ahora registrando 3.000; el equipo todavía está trabajando en ajustar el proceso para aumentarlo aún más.

El material flexible de alto rendimiento, un polímero orgánico conocido como PEDOT, se deposita en una capa ultrafina de solo unos pocos nanómetros de espesor, utilizando un proceso llamado deposición química oxidativa de vapor (oCVD). Este proceso da como resultado una capa donde la estructura de los pequeños cristales que forman el polímero están perfectamente alineados horizontalmente, lo que le da al material su alta conductividad. Además, el método oCVD puede disminuir la distancia de apilamiento entre las cadenas de polímeros dentro de los cristalitos, lo 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. Dichas celdas 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 eficiencia de la perovskita mejoró y su estabilidad se duplicó.


En las pruebas iniciales, la capa oCVD se aplicó a sustratos que tenían 6 pulgadas de diámetro, pero el proceso podría aplicarse directamente a un proceso de fabricación industrial a gran escala, dice Heydari Gharahcheshmeh. "Ahora es fácil adaptarse para la ampliación industrial", dice. Esto 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 suave de un solo paso, que permite la deposición directa sobre sustratos de plástico, como se desea para pantallas y pantallas solares flexibles. En contraste, las condiciones agresivas de crecimiento de muchos otros materiales conductores transparentes requieren una deposición inicial sobre un sustrato diferente y más robusto, seguido de procesos complejos para levantar la capa y transferirla al plástico.


Debido a que el material está hecho mediante un proceso de deposición de vapor seco, las capas delgadas producidas pueden seguir incluso los contornos más finos de una superficie, recubriéndolos todos de manera uniforme, lo que podría ser útil en algunas aplicaciones. Por ejemplo, podría recubrirse con tela y cubrir cada fibra, pero aún así permitir que la tela respire.


El equipo aún necesita demostrar el sistema a escalas más grandes y demostrar su estabilidad durante períodos más largos y bajo diferentes condiciones, por lo que la investigación está en curso. Pero “no hay una barrera técnica para avanzar en esto. Realmente es solo una cuestión de quién invertirá para llevarlo al mercado ”, dice Gleason.


El equipo de investigación incluyó a los postdocs del MIT Mohammad Mahdi Tavakoli y Maxwell Robinson, y el afiliado de investigación Edward Gleason. El trabajo fue apoyado por Eni SpA bajo el Programa Eni-MIT Alliance Solar Frontiers.