Source: news.mit
Les chercheurs du MIT ont amélioré un matériau de revêtement conducteur transparent, produisant un gain de dix fois dans sa conductivité électrique. Lorsqu'il est incorporé dans un type de cellule solaire à haute efficacité, le matériau augmente l'efficacité et la stabilité de la cellule.
Les nouvelles découvertes sont publiées aujourd'hui dans la revue Science Advances, dans un article du postdoctorant du MIT Meysam Heydari Gharahcheshmeh, des professeurs Karen Gleason et Jing Kong, et de trois autres.
"Le but est de trouver un matériau qui soit conducteur de l'électricité et transparent", explique Gleason, qui serait "utile dans une gamme d'applications, y compris les écrans tactiles et les cellules solaires." Le matériau le plus largement utilisé aujourd'hui à ces fins est connue sous le nom d'ITO, pour l'oxyde d'indium et de titane, mais ce matériau est assez fragile et peut se fissurer après une période d'utilisation, dit-elle.
Gleason et ses co-chercheurs ont amélioré une version flexible d'un matériau conducteur transparent il y a deux ans et ont publié leurs résultats, mais ce matériau était encore loin de correspondre à la combinaison d'ITO d'une transparence optique élevée et d'une conductivité électrique. Le nouveau matériel, plus ordonné, dit-elle, est plus de 10 fois meilleur que la version précédente.
La transparence et la conductivité combinées sont mesurées en unités de Siemens par centimètre. L'ITO varie de 6 000 à 10 000, et bien que personne ne s'attende à ce qu'un nouveau matériau corresponde à ces chiffres, l'objectif de la recherche était de trouver un matériau pouvant atteindre au moins une valeur de 35. La publication antérieure a dépassé cela en démontrant une valeur de 50 , et le nouveau matériel a dépassé ce résultat, atteignant maintenant 3 000; l'équipe travaille toujours à peaufiner le processus afin de soulever ce point.
Le matériau flexible hautes performances, un polymère organique connu sous le nom de PEDOT, est déposé dans une couche ultra-mince de quelques nanomètres d'épaisseur, en utilisant un processus appelé dépôt chimique en phase vapeur oxydative (oCVD). Ce processus se traduit par une couche où la structure des minuscules cristaux qui forment le polymère sont tous parfaitement alignés horizontalement, donnant au matériau sa conductivité élevée. De plus, la méthode oCVD peut réduire la distance d'empilement entre les chaînes polymères à l'intérieur des cristallites, ce qui améliore également la conductivité électrique.
Pour démontrer l'utilité potentielle du matériau, l'équipe a incorporé une couche du PEDOT hautement aligné dans une cellule solaire à base de pérovskite. De telles cellules sont considérées comme une alternative très prometteuse au silicium en raison de leur haute efficacité et de leur facilité de fabrication, mais leur manque de durabilité a été un inconvénient majeur. Avec le nouveau PEDOT aligné sur oCVD, l'efficacité de la pérovskite s'est améliorée et sa stabilité a doublé.
Lors des tests initiaux, la couche oCVD a été appliquée à des substrats de 6 pouces de diamètre, mais le processus pourrait être appliqué directement à un processus de fabrication à grande échelle, roll-to-roll à l'échelle industrielle, explique Heydari Gharahcheshmeh. «Il est désormais facile de s'adapter à une mise à l'échelle industrielle», dit-il. Cela est facilité par le fait que le revêtement peut être traité à 140 degrés Celsius - une température beaucoup plus basse que celle des matériaux alternatifs.
Le PEDOT oCVD est un processus doux en une seule étape, permettant un dépôt direct sur des substrats en plastique, comme souhaité pour les cellules solaires flexibles et les écrans. En revanche, les conditions de croissance agressives de nombreux autres matériaux conducteurs transparents nécessitent un dépôt initial sur un substrat différent et plus robuste, suivi de processus complexes pour décoller la couche et la transférer sur du plastique.
Parce que le matériau est fabriqué par un procédé de dépôt en phase vapeur à sec, les couches minces produites peuvent suivre même les contours les plus fins d'une surface, les enduisant toutes uniformément, ce qui pourrait être utile dans certaines applications. Par exemple, il pourrait être enduit sur le tissu et couvrir chaque fibre tout en laissant le tissu respirer.
L'équipe doit encore démontrer le système à plus grande échelle et prouver sa stabilité sur de plus longues périodes et dans différentes conditions, de sorte que la recherche se poursuit. Mais «il n'y a pas d'obstacle technique pour faire avancer ce dossier. Il s'agit vraiment de savoir qui investira pour le commercialiser », explique Gleason.
L'équipe de recherche comprenait des post-doctorants du MIT Mohammad Mahdi Tavakoli et Maxwell Robinson, et un affilié de recherche Edward Gleason. Le travail a été soutenu par Eni SpA dans le cadre du programme Eni-MIT Alliance Solar Frontiers.
