Comment fabriquer des nanofeuilles de carbone transparentes et conductrices à l'aide d'une solution de polymère PIM-1 :(a) Le substrat de quart est recouvert d'une solution de polymère PIM-1 avec une structure en échelle et chauffe à haute température pour fabriquer des nanofeuilles de carbone. Sans aucun procédé supplémentaire, l'OSC (cellule solaire organique) peut être fabriqué directement sur la feuille pour fabriquer des cellules solaires. (b), (c), (d) montrer l'épaisseur, résistivité de surface et transparence de la nanofeuille de carbone, respectivement par rapport à la concentration de PIM-1. Aussi, la nouvelle méthode contrôle facilement les effets indésirables des caractéristiques électroniques et optiques de la nanofeuille de carbone, qui est produit lorsque la solution de polymère est concentrée. Au fur et à mesure que la concentration élevée de la solution de molécules augmente, comme indiqué dans (axe X, (b), (c)), plus il s'épaissit comme le montre la figure (b) mais, il devient moins résistant comme le montre la figure (c), et le courant passe mieux. Crédit :KIST
Le graphène retient l'attention, surnommé un "matériau merveilleux" avec une grande conductivité, flexibilité et durabilité. Cependant, Le graphène est difficile à trouver en raison du fait que son processus de fabrication est compliqué et que la production en série n'est pas possible. Récemment, une équipe de recherche nationale a développé un matériau en carbone sans défauts artificiels couramment rencontrés lors du processus de production du graphène tout en conservant ses caractéristiques d'origine. Le matériau nouvellement développé peut être utilisé comme substitut du graphène dans les cellules solaires et les puces semi-conductrices. Plus loin, le procédé développé est basé sur le procédé continu et en série de la fibre de carbone, facilitant grandement la commercialisation à grande échelle. En reconnaissance de l'approche innovante, la recherche a été présentée sur la couverture de Nanoéchelle , une revue à comité de lecture à fort impact dans le domaine de la nanoscience.
L'équipe de recherche dirigée par le Dr Han-Ik Joh du KIST, le Dr Seok-In Na de l'Université nationale de Chonbuk et le Dr Byoung Gak Kim du KRICT ont synthétisé des nanofeuillets de carbone similaires au graphène à l'aide d'un polymère, et directement utilisé les électrodes transparentes pour les cellules solaires organiques. Le résultat de la recherche a été présenté dans Nanoéchelle , un journal de la Royal Society of Chemistry au Royaume-Uni sous le titre "One-step Synthesis of Carbon Nanosheets Converted from a Polycylic Compound and Their Direct Use as Transparent Electrodes of ITO-free Organic Solar Cells" et a été sélectionné comme article de couverture dans l'édition du 21 janvier en reconnaissance de ces résultats de recherche innovants et superbes.
Pour fabriquer du graphène de haute qualité en grand volume, la méthode CVD (dépôt chimique en phase vapeur)* est largement utilisée. Cependant, cette méthode nécessite un post-traitement intensif (processus de transfert) car elle doit éliminer le métal usagé après le processus de fabrication et déplacer le graphène fabriqué vers une autre carte telle qu'un substrat de cellule solaire. Dans ce processus, la qualité se dégrade rapidement car elle est sujette aux rides ou aux fissures.
CVD (Chemical Vapor Deposition) :C'est une méthode de fabrication de graphène sur une plaque de film métallique qui sert de catalyseur. Il fabrique le matériau en soufflant du gaz appelé gaz source sur la carte. Après cela, le métal doit être retiré et le graphène doit être transporté vers une autre carte.
L'équipe de recherche a développé une « nanofeuille de carbone » dans un processus en deux étapes, qui consiste à enduire le substrat d'une solution de polymère et à chauffer. Considérant que le procédé existant consiste en 8 étapes pour fabriquer du graphène, la nouvelle méthode le rend beaucoup plus simple. En outre, la nouvelle méthode peut être directement utilisée comme cellule solaire sans aucun processus supplémentaire.
L'équipe de recherche a synthétisé un polymère avec une structure en échelle rigide, à savoir PIM-1 (Polymère de microporosité intrinsèque-1) pour former le par le processus simpole, qui est revêtu par centrifugation sur les substrats de quarts à l'aide d'une solution PIM-1 de couleur vert clair, puis traité thermiquement à 1, 200°C, conduisant à un SNC transparent et conducteur.
Une image d'une feuille de nano carbone transparent de 15 mm. Crédit :KIST
La nanofeuille de carbone peut être produite en masse dans un processus plus simple tout en ayant une haute qualité puisque le nouveau processus contourne les étapes qui sont sujettes à la formation de défauts tels que l'élimination du substrat métallique ou le transfert de graphène sur une autre carte. Le produit final est aussi efficace que le graphène.
Le Dr Han Ik Joh du KIST a déclaré :"Il devrait être appliqué pour la commercialisation de matériaux de carbone 2D transparents et conducteurs sans difficulté puisque ce processus est basé sur le processus continu et produit en série de la fibre de carbone."
