Projekt OHMIO nadzieją dla elastycznych urządzeń elektronicznych
Przezroczyste przewodniki wielkopowierzchniowe – cienkie warstwy przezroczystego materiału przewodzącego prąd elektryczny – stanowią niezwykle ważny element wielu rozwiązań, w tym cienkowarstwowych ogniw fotowoltaicznych, tradycyjnych wyświetlaczy ciekłokrystalicznych oraz organicznych diod elektroluminescencyjnych. Dzięki projektowi OHMIO finansowanemu ze środków UE naukowcy mieli możliwość podjęcia prac nad nowym, elastycznym i zrównoważonym przewodnikiem polimerowym o wysokiej przezroczystości, który może być wykorzystany do produkcji tańszych i bardziej wydajnych organicznych ogniw słonecznych, a także innych urządzeń elektronicznych. Prace nad projektem podjęła spółka Intenanomat S.L. reprezentująca sektor MŚP, założona w 2010 roku przez Instytut Badań Materiałowych Uniwersytetu w Walencji. Ohmidot™, najnowszy produkt spółki, to niezwykle elastyczny, przezroczysty materiał polimerowy, który skutecznie przewodzi energię elektryczną bez większych strat, a zarazem stanowi rozwiązanie problemów występujących w przypadku innych stosowanych dotychczas materiałów. Przeszkody na drodze do komercjalizacji perowskitowych ogniw fotowoltaicznych Od czasu opracowania pierwszych perowskitowych ogniw fotowoltaicznych znacząco poprawiła się oferowana przez nie sprawność konwersji energii. Uzyskiwanie dalszych postępów w tym zakresie jest jednak uzależnione od optymalizacji materiałów transportujących dziury, których zastosowanie w perowskitowych ogniwach fotowoltaicznych ma kluczowe znaczenie dla poprawy wydajności i stabilności działania urządzeń. „Tego rodzaju materiały odgrywają naprawdę kluczową rolę, ponieważ selektywnie poprawiają wydajność transportu dziur, a zarazem blokują transfer elektronów do anody i zapobiegają degradacji w punkcie styku pomiędzy metalem i materiałem perowskitowym”, wyjaśnia Pedro Rodríguez Cantó odpowiedzialny za badania i rozwój w spółce Intenanomat. W typowych zastosowaniach warstwa transportująca dziury to mieszanka dwóch jonomerów określana nazwą PEDOT:PSS. Wyjątkowe połączenie doskonałej konduktywności, przezroczystości, plastyczności i łatwości obróbki sprawiło, że PEDOT:PSS stał się bazowym materiałem do produkcji cienkowarstwowych modułów fotowoltaicznych. Wadą tego rozwiązania jest jednak fakt, że komercyjne preparaty PEDOT:PSS mają wysoce kwaśny odczyn, co z kolei powoduje, że wilgotność może znacząco zwiększyć szybkość korozji sąsiadujących warstw urządzenia. To znacząco ogranicza żywotność perowskitowych ogniw fotowoltaicznych i utrudnia tym samym wprowadzenie tej technologii na rynek na szeroką skalę. Omijając przeszkody Badaczom pracującym w ramach projektu udało się jednak obejść te ograniczenia, co powinno spotkać się z powszechną radością w branży, jako że był to przełom, na który czekali wszyscy zainteresowani. „Technologia opracowana w ramach projektu OHMIO to naprawdę przełomowe odkrycie, które będzie miało znaczący wpływ na koszt wytwarzania, okres przydatności oraz osiągi elastycznych urządzeń elektronicznych najnowszej generacji”, dodaje Rodrigues Cantó. Materiał Ohmid™ powstaje w cieczy zawierającej selektywne dodatki oraz przyjazne dla środowiska rozpuszczalniki. W procesie powstawania materiału nie jest wykorzystywana woda, ponieważ mogłoby to spowodować degradację sąsiednich warstw i skrócenie żywotności urządzenia, a także utrudnić proces formowania warstwy. Pozwala to również producentom na stosowanie technik powlekania oraz druku przezroczystych polimerów przewodzących na różnych rodzajach podłoży przy użyciu powszechnie dostępnych i znanych technologii. Ponadto w składzie materiału nie występują kwasy ani inne pierwiastki powodujące problemy związane z korozją. Zastosowania rozwiązania Materiał Ohmidot™ może zostać dostosowany do dowolnej architektury perowskitowych ogniw fotowoltaicznych. Oferowane przez nowy materiał możliwości poprawy efektywności i wydajności ogniw fotowoltaicznych wynikają z jego wysokiej przepuszczalności światła widocznego, a także o 30 % większej przepuszczalności bliskiej podczerwieni w porównaniu z powszechnie stosowanym materiałem PEDOT:PSS. Jak wyjaśnia Rodriguez Cantó: „Materiał Ohmidot™ znacznie obniża koszty produkcji ogniw fotowoltaicznych, ponieważ podłoża nie wymagają już aktywacji powierzchni przed powlekaniem. Co więcej, materiał jest wytwarzany w roztworze z wybranymi dodatkami i rozpuszczalnikami, co sprawia, że nadaje się do zastosowania w przypadku większości powszechnie stosowanych technik powlekania i druku. Dodatkowo grubość warstwy można regulować w zakresie nawet do 10 nm, co pozwala na zaoszczędzenie nawet do 200 % wykorzystywanych surowców”. Poza oczywistym zastosowaniem w roli materiału transportującego dziury w fotowoltaice, opatentowana przez OHMIO technologia oferuje szereg fascynujących zastosowań. W szczególności może ona zostać wykorzystana do wytwarzania przezroczystych elektrod lub powłok antystatycznych, ulepszenia warstw transportujących dziury w wyświetlaczach OLED oraz oświetleniu zbudowanym w tej technologii, a także jako atrament do wytwarzania elektroniki drukowanej. Inne zastosowania obejmują okna, klisze fotograficzne, materiały budowlane, kondensatory polimerowe oraz czujniki gazu.
Słowa kluczowe
OHMIO, przezroczyste, perowskitowe ogniwo fotowoltaiczne, organiczne, elastyczne, Ohmidot, PEDOT:PSS, materiał transportujący dziury, Intenanomat, przewodzące polimery
