Lớp phủ dẫn điện trong suốt bảo vệ pin mặt trời hiện đại và màn hình cảm ứng

Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã cải tiến vật liệu phủ dẫn điện trong suốt để tăng gấp 10 lần độ dẫn điện của vật liệu. Khi được kết hợp vào pin mặt trời hiệu suất cao, vật liệu này đã làm tăng hiệu suất và độ ổn định của pin. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Science Advances.

"Mục tiêu của nghiên cứu là tìm ra vật liệu dẫn điện trong suốt", GS. Karen Glory, đồng tác giả nghiên cứu giải thích, “sẽ có ích trong nhiều ứng dụng, bao gồm màn hình cảm ứng và pin mặt trời". Vật liệu thông dụng nhất hiện nay dùng cho nhiều mục đích được gọi là oxit titan indi (ITO), nhưng vật liệu đó khá giòn và có thể bị nứt sau một thời gian sử dụng.

Nhóm nghiên cứu đã cải tiến phiên bản dẻo của vật liệu dẫn điện trong suốt cách đây hai năm, nhưng vật liệu này vẫn không phù hợp với sự kết hợp giữa độ trong suốt quang học cao và độ dẫn điện của ITO. Vật liệu mới tốt hơn gấp 10 lần so với phiên bản trước.

Độ trong suốt và độ dẫn điện kết hợp được đo bằng đơn vị Siemens trên mỗi centimet. ITO dao động từ 6.000 đến 10.000 và mục tiêu của nghiên cứu là tìm ra vật liệu có thể đạt được giá trị ít nhất là 35. Vật liệu trước đây đã được chứng minh đạt giá trị 50 và vật liệu mới có hiệu quả cao, hiện đạt mức 3.000. Nhóm vẫn đang nghiên cứu cải tiến để tăng hiệu quả hơn nữa.

Vật liệu dẻo hiệu suất cao, loại polyme hữu cơ được gọi là PEDOT, được lắng đọng trong một lớp siêu mỏng chỉ dày vài nanomet thông qua quá trình lắng đọng hơi hóa học oxy hóa (oCVD). Quá trình này tạo ra một lớp, trong đó cấu trúc của các tinh thể nhỏ tạo thành polyme, được sắp xếp hoàn hảo theo chiều ngang, mang lại cho vật liệu độ dẫn cao. Ngoài ra, phương pháp oCVD có thể giảm khoảng cách xếp chồng giữa các chuỗi polyme trong các mầm tinh thể, giúp tăng độ dẫn điện.

Để chứng minh tính hữu dụng tiềm năng của vật liệu, nhóm nghiên cứu đã kết hợp một lớp PEDOT được liên kết chặt chẽ vào pin mặt trời làm từ perovskite. Các loại pin này được coi là sự thay thế triển vọng cho silicon vì hiệu suất cao và dễ sản xuất, nhưng thiếu độ bền là trở ngại lớn. Với PEDOT mới được điều chỉnh bằng oCVD, hiệu suất của pin perovskite đã cải tiến và độ ổn định của nó tăng gấp đôi.

Trong các thử nghiệm ban đầu, lớp oCVD đã được sử dụng cho các chất nền có đường kính 6 inch, nhưng quy trình này có thể được áp dụng trực tiếp cho quy trình sản xuất công nghiệp quy mô lớn. Heydari Gharahcheshmeh, đồng tác giả nghiên cứu cho rằng: “Lớp oCVD hiện dễ thích ứng trên quy mô công nghiệp". Lý do là vì lớp phủ có thể được xử lý ở 140 độ C, thấp hơn nhiều so với vật liệu thay thế cần có.

oCVD PEDOT cho phép lắng đọng trực tiếp lên đế nhựa như yêu cầu của pin mặt trời và màn hình dẻo. Trái lại, để tạo ra nhiều vật liệu dẫn điện trong suốt khác đòi hỏi phải lắng đọng ban đầu trên loại chất nền khác chắc chắn, tiếp theo là các quá trình phức tạp để tách lớp và chuyển nó thành nhựa.

Vì vật liệu được tạo ra bởi quá trình lắng đọng hơi khô, nên các lớp mỏng có thể bám theo thậm chí cả các đường viền của bề mặt, phủ đều chúng có ích cho một số ứng dụng. Ví dụ, nó có thể được phủ lên vải và phủ từng sợi nhưng vải vẫn thông thoáng.

Các nhà khoa học vẫn đang tiếp tục nghiên cứu để chứng minh tính ổn định của nó trong thời gian dài và trong nhiều điều kiện khác nhau.

N.P.D (NASATI), theo https://www.sciencedaily.com/releases/2019/11/191122155128.htm, 22/11/2019