Ilustração esquemática da síntese PEDOT pelo método oCVD. (A) A etapa de enxágue ácida pós-deposição (por exemplo, Lavagem de MeOH ou HBr) é geralmente usado para poli (3, 4-etileno dioxitiofeno) (PEDOT) filmes crescidos usando FeCl3 como um oxidante para remover oxidantes não reagidos e subprodutos da oxidação e aumentar a condutividade. (B) Sintetizar PEDOT usando VOCl3 como um oxidante não requer o tratamento de enxágue ácido, e o filme fabricado é usado diretamente na fabricação do dispositivo como uma verdadeira etapa única, processo totalmente seco. Crédito:"Tuning, otimização, e integração de dispositivo de célula solar perovskita de poli (3, 4-etileno dioxitiofeno) filmes por meio de um processo totalmente seco de etapa única " Avanços da Ciência (2019).
Os pesquisadores do MIT melhoraram de forma transparente, material de revestimento condutor, produzindo um ganho dez vezes maior em sua condutividade elétrica. Quando incorporado a um tipo de célula solar de alta eficiência, o material aumentou a eficiência e estabilidade da célula.
As novas descobertas são relatadas no jornal Avanços da Ciência , em um artigo do pós-doutorado do MIT Meysam Heydari Gharahcheshmeh, professores Karen Gleason e Jing Kong, e três outros.
"O objetivo é encontrar um material que seja eletricamente condutor e também transparente, "Gleason explica, que seria "útil em uma variedade de aplicações, incluindo telas sensíveis ao toque e células solares. "O material mais amplamente usado hoje para tais fins é conhecido como ITO, para óxido de índio titânio, mas esse material é bastante frágil e pode rachar após um período de uso, ela diz.
Gleason e seus co-pesquisadores aprimoraram uma versão flexível de um material condutivo há dois anos e publicou suas descobertas, mas este material ainda ficou muito aquém da combinação ITO de alta transparência óptica e condutividade elétrica. O novo, mais material pedido, ela diz, é mais de 10 vezes melhor do que a versão anterior.
A combinação de transparência e condutividade é medida em unidades de Siemens por centímetro. ITO varia de 6, 000 a 10, 000, e embora ninguém esperasse um novo material para corresponder a esses números, o objetivo da pesquisa era encontrar um material que pudesse atingir pelo menos um valor de 35. A publicação anterior excedeu isso ao demonstrar um valor de 50, e o novo material ultrapassou esse resultado, agora marcando às 3, 000; a equipe ainda está trabalhando no ajuste fino do processo para elevar isso ainda mais.
O material flexível de alto desempenho, um polímero orgânico conhecido como PEDOT, é depositado em uma camada ultrafina com apenas alguns nanômetros de espessura, usando um processo chamado deposição de vapor químico oxidativo (oCVD). Este processo resulta em uma camada onde a estrutura dos minúsculos cristais que formam o polímero estão perfeitamente alinhados horizontalmente, dando ao material sua alta condutividade. Adicionalmente, o método oCVD pode diminuir a distância de empilhamento entre as cadeias de polímero dentro dos cristalitos, que também melhora a condutividade elétrica.
Para demonstrar a utilidade potencial do material, a equipe incorporou uma camada de PEDOT altamente alinhado em uma célula solar baseada em perovskita. Essas células são consideradas uma alternativa muito promissora ao silício devido à sua alta eficiência e facilidade de fabricação, mas sua falta de durabilidade tem sido uma grande desvantagem. Com o novo PEDOT alinhado oCVD, a eficiência da perovskita melhorou e sua estabilidade dobrou.
Nos testes iniciais, a camada oCVD foi aplicada a substratos com 6 polegadas de diâmetro, mas o processo pode ser aplicado diretamente em grande escala, processo de fabricação em escala industrial rolo a rolo, Heydari Gharahcheshmeh diz. "Agora é fácil de se adaptar para aumento de escala industrial, ", diz ele. Isso é facilitado pelo fato de que o revestimento pode ser processado a 140 graus Celsius - uma temperatura muito mais baixa do que os materiais alternativos exigem.
O oCVD PEDOT é um leve, processo de etapa única, permitindo a deposição direta em substratos de plástico, conforme desejado para células solares e visores flexíveis. Em contraste, as condições agressivas de crescimento de muitos outros materiais condutores transparentes requerem uma deposição inicial em um substrato mais robusto, seguido por processos complexos para retirar a camada e transferi-la para o plástico.
Como o material é feito por um processo de deposição de vapor seco, as finas camadas produzidas podem seguir até mesmo os contornos mais finos de uma superfície, revestindo todos eles uniformemente, que pode ser útil em alguns aplicativos. Por exemplo, pode ser revestido no tecido e cobrir cada fibra, mas ainda assim permitir que o tecido respire.
A equipe ainda precisa demonstrar o sistema em escalas maiores e provar sua estabilidade por períodos mais longos e sob diferentes condições, então a pesquisa está em andamento. Mas "não há barreira técnica para fazer isso avançar. Na verdade, é apenas uma questão de quem vai investir para levá-lo ao mercado, "Gleason diz.
