Illustration schématique de la synthèse PEDOT par la méthode oCVD. (A) L'étape de rinçage acide post-dépôt (par exemple, MeOH ou HBr rinsing) est généralement utilisé pour le poly(3, Films de 4-éthylène dioxythiophène) (PEDOT) cultivés en utilisant FeCl3 comme oxydant pour éliminer les oxydants n'ayant pas réagi et les sous-produits d'oxydation et augmenter la conductivité. (B) La synthèse du PEDOT utilisant le VOCl3 comme oxydant ne nécessite pas le traitement de rinçage acide, et le film fabriqué est directement utilisé dans la fabrication du dispositif en tant que véritable étape unique, processus tout-sec. Crédit : "Tuning, optimisation, et intégration de dispositif de cellule solaire pérovskite de poly(3, films de 4-éthylène dioxythiophène) via un procédé tout à sec en une seule étape" Avancées scientifiques (2019).
Les chercheurs du MIT ont amélioré leur transparence, matériau de revêtement conducteur, multipliant par dix sa conductivité électrique. Lorsqu'il est incorporé dans un type de cellule solaire à haut rendement, le matériau a augmenté l'efficacité et la stabilité de la cellule.
Les nouveaux résultats sont rapportés dans le journal Avancées scientifiques , dans un article du postdoctorant du MIT Meysam Heydari Gharahcheshmeh, les professeurs Karen Gleason et Jing Kong, et trois autres.
"L'objectif est de trouver un matériau à la fois conducteur de l'électricité et transparent, " Gleason explique, 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 de telles fins est connu sous le nom d'ITO, pour l'oxyde de titane d'indium, mais ce matériau est assez cassant et peut se fissurer après une période d'utilisation, elle dit.
Gleason et ses co-chercheurs ont amélioré une version flexible d'un matériau conducteur il y a deux ans et ont publié leurs conclusions, mais ce matériau était encore loin de correspondre à la combinaison d'ITO de transparence optique élevée et de conductivité électrique. Le nouveau, matériel plus commandé, elle dit, est plus de 10 fois meilleure que la version précédente.
La transparence et la conductivité combinées sont mesurées en unités de Siemens par centimètre. ITO va de 6, 000 à 10, 000, et bien que personne ne s'attendait à ce qu'un nouveau matériau corresponde à ces chiffres, le but de la recherche était de trouver un matériau pouvant atteindre au moins une valeur de 35. La publication précédente dépassait cela en démontrant une valeur de 50, et le nouveau matériel a dépassé ce résultat, maintenant pointé à 3, 000 ; l'équipe travaille toujours à affiner le processus pour augmenter cela davantage.
Le matériau souple performant, un polymère organique appelé PEDOT, est déposé en couche ultrafine de quelques nanomètres d'épaisseur, en utilisant un processus appelé dépôt chimique oxydant en phase vapeur (oCVD). Ce processus aboutit à une couche où la structure des minuscules cristaux qui forment le polymère sont tous parfaitement alignés horizontalement, donnant au matériau sa haute conductivité. En outre, la méthode oCVD peut diminuer la distance d'empilement entre les chaînes polymères au sein des cristallites, ce qui améliore également la conductivité électrique.
Démontrer l'utilité potentielle du matériau, l'équipe a incorporé une couche de 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 oCVD, l'efficacité de la pérovskite s'est améliorée et sa stabilité a doublé.
Dans les premiers tests, la couche oCVD a été appliquée sur des substrats de 6 pouces de diamètre, mais le procédé pourrait être appliqué directement à grande échelle, procédé de fabrication à l'échelle industrielle roll-to-roll, dit Heydari Gharahcheshmeh. « Il est maintenant facile de s'adapter à la 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 bien inférieure à celle requise par les matériaux alternatifs.
L'oCVD PEDOT est un traitement léger, processus en une seule étape, permettant un dépôt direct sur des substrats plastiques, 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 support différent, substrat plus robuste, suivi de processus complexes pour décoller la couche et la transférer sur du plastique.
Parce que le matériau est fabriqué par un processus de dépôt en phase vapeur sèche, les couches minces produites peuvent suivre même les contours les plus fins d'une surface, les enduire tous uniformément, ce qui peut être utile dans certaines applications. Par exemple, il pourrait être enduit sur le tissu et couvrir chaque fibre tout en permettant au tissu de respirer.
L'équipe doit encore démontrer le système à plus grande échelle et prouver sa stabilité sur des périodes plus longues et dans des conditions différentes, donc la recherche est en cours. Mais "il n'y a pas d'obstacle technique pour faire avancer les choses. C'est vraiment juste une question de qui investira pour le mettre sur le marché, " dit Gleason.
