Fonte: news.mit
Os pesquisadores do MIT aprimoraram um material de revestimento condutor e transparente, 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 a estabilidade da célula.
As novas descobertas foram relatadas hoje na revista Science Advances, em um artigo do pós-doutorado do MIT Meysam Heydari Gharahcheshmeh, dos professores Karen Gleason e Jing Kong e outros três.
“O objetivo é encontrar um material que seja eletricamente condutor e transparente”, explica Gleason, que seria “útil em uma variedade de aplicações, incluindo telas sensíveis ao toque e células solares.” O material mais utilizado hoje para tais fins é conhecido como ITO, para óxido de índio e titânio, mas esse material é bastante quebradiço e pode rachar após um período de uso, diz ela.
Gleason e seus co-pesquisadores melhoraram uma versão flexível de um material condutor e transparente há dois anos e publicaram suas descobertas, mas esse material ainda estava muito aquém da combinação da ITO de alta transparência óptica e condutividade elétrica. O material novo e mais pedido, ela diz, é 10 vezes melhor que a versão anterior.
A transparência e a condutividade combinadas são medidas em unidades da Siemens por centímetro. A ITO varia de 6.000 a 10.000 e, embora ninguém esperasse que um novo material correspondesse 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 chegando a 3.000; a equipe ainda está trabalhando no ajuste fino do processo para aumentar ainda mais isso.
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). Esse processo resulta em uma camada em que a estrutura dos pequenos cristais que formam o polímero estão perfeitamente alinhados horizontalmente, dando ao material sua alta condutividade. Além disso, o método oCVD pode diminuir a distância de empilhamento entre as cadeias poliméricas dentro dos cristalitos, o que também aprimora a condutividade elétrica.
Para demonstrar a utilidade potencial do material, a equipe incorporou uma camada do 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 com oCVD, a eficiência da perovskita melhorou e sua estabilidade dobrou.
Nos testes iniciais, a camada oCVD foi aplicada a substratos com 15 cm de diâmetro, mas o processo poderia ser aplicado diretamente a um processo de fabricação em escala industrial de grande escala, rolo a rolo, diz Heydari Gharahcheshmeh. "Agora é fácil se adaptar à expansão industrial", diz ele. Isso é facilitado pelo fato de o revestimento poder ser processado a 140 graus Celsius - uma temperatura muito mais baixa do que os materiais alternativos exigem.
O oCVD PEDOT é um processo leve e de uma etapa, permitindo a deposição direta em substratos plásticos, conforme desejado para células solares flexíveis e displays. Por outro lado, as condições agressivas de crescimento de muitos outros materiais condutores transparentes requerem uma deposição inicial em um substrato diferente e mais robusto, seguido por processos complexos para retirar a camada e transferi-la para o plástico.
Como o material é produzido por um processo de deposição de vapor seco, as finas camadas produzidas podem seguir até os contornos mais finos de uma superfície, revestindo-os uniformemente, o que pode ser útil em algumas aplicações. Por exemplo, ele pode ser revestido em 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, para que a pesquisa seja contínua. Mas “não há barreira técnica para avançar nessa questão. É realmente apenas uma questão de quem investirá para levá-lo ao mercado ”, diz Gleason.
A equipe de pesquisa incluiu os pós-doutorandos do MIT Mohammad Mahdi Tavakoli e Maxwell Robinson e o afiliado da pesquisa Edward Gleason. O trabalho foi apoiado pela Eni SpA no âmbito do Programa de Fronteiras Solares da Aliança Eni-MIT.
