透明な導電性コーティングは、高度な太陽電池、タッチスクリーンを保護できます

- Nov 30, 2019-

ソース:news.mit


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


MITの研究者は、透明な導電性コーティング材料を改良し、その導電率を10倍に向上させました。 あるタイプの高効率太陽電池に組み込まれると、この材料は電池の効率と安定性を向上させました。


新しい発見は本日、Science Advances誌のMITポスドクMeysam Heydari Gharahcheshmeh、Karen Gleason教授、Jing Kong教授、その他3名による論文で報告されています。


「目的は、導電性で透明な材料を見つけることです」とグリーソンは説明します。これは「タッチスクリーンや太陽電池を含むさまざまな用途に役立つ」と説明します。 ITOとして知られる、酸化チタンインジウムの材料ですが、その材料は非常に脆く、一定期間使用すると割れることがあります。


Gleasonと彼女の共同研究者は、2年前に透明な導電性材料の柔軟なバージョンを改良し、その結果を発表しましたが、この材料はITOの高い光学的透明性と導電性の組み合わせにまだ十分に達していませんでした。 彼女は、より多くの注文された新しい素材は、以前のバージョンよりも10倍以上優れていると言います。


透明度と導電率の合計は、シーメンス/センチメートルの単位で測定されます。 ITOの範囲は6,000〜10,000であり、これらの数値に一致する新しい材料を期待する人はいませんでしたが、研究の目標は少なくとも35の値に達する材料を見つけることでした。 、そして新しい素材がその結果を飛躍させ、今では3,000を記録しています。 チームはそれをさらに高めるために、プロセスの微調整に取り組んでいます。

PEDOTとして知られる有機ポリマーである高性能の柔軟な材料は、酸化化学蒸着(oCVD)と呼ばれるプロセスを使用して、わずか数ナノメートルの厚さの極薄層に堆積されます。 このプロセスにより、ポリマーを形成する小さな結晶の構造がすべて完全に水平に整列した層が得られ、材料に高い導電性が与えられます。 さらに、oCVD法は、結晶子内のポリマー鎖間のスタッキング距離を短くすることができ、これにより導電性も向上します。


材料の潜在的な有用性を実証するために、チームは高度に配列されたPEDOTの層をペロブスカイトベースの太陽電池に組み込みました。 このようなセルは、効率が高く製造が容易なため、シリコンの非常に有望な代替品と考えられていますが、耐久性の欠如は大きな欠点でした。 新しいoCVDアライメントPEDOTにより、ペロブスカイトの効率が向上し、安定性が2倍になりました。


最初のテストでは、直径6インチの基板にoCVD層が適用されましたが、このプロセスは大規模なロールツーロールの工業規模の製造プロセスに直接適用できます、とHeydari Gharahcheshmehは言います。 「現在、産業規模の拡大に適応するのは簡単です」と彼は言います。 これは、コーティングを摂氏140度で処理できるという事実によって促進されます。これは、代替材料が必要とするよりもはるかに低い温度です。


oCVD PEDOTは、柔軟な太陽電池とディスプレイに望まれるように、プラスチック基板への直接堆積を可能にする穏やかなシングルステッププロセスです。 対照的に、他の多くの透明導電性材料の積極的な成長条件では、別のより堅牢な基板に最初に堆積し、その後、層を持ち上げてプラスチックに転写する複雑なプロセスが必要です。


材料は乾式蒸着プロセスで作られるため、生成される薄い層は表面の最も細かい輪郭にも追従でき、それらをすべて均一にコーティングできます。 たとえば、布地にコーティングして各繊維を覆うことができますが、それでも布地は呼吸できます。


チームは、システムをより大規模に実証し、長期間および異なる条件下でその安定性を証明する必要があるため、研究は継続中です。 しかし、「これを前進させるための技術的な障壁はありません。 本当にそれを市場に出すために誰が投資するのかという問題です」とグリーソンは言います。


研究チームには、MITのポスドクであるMohammad Mahdi TavakoliとMaxwell Robinson、および研究の関連会社Edward Gleasonが含まれていました。 この作業は、Eni-MIT Alliance Solar Frontiers Programの下でEni SpAによってサポートされました。