Ffynhonnell: news.mit
Mae ymchwilwyr MIT wedi gwella ar ddeunydd cotio tryloyw, dargludol, gan gynhyrchu enillion ddeg gwaith yn ei ddargludedd trydanol. Pan gafodd ei ymgorffori mewn math o gell solar effeithlonrwydd uchel, cynyddodd y deunydd effeithlonrwydd a sefydlogrwydd y gell.
Adroddir am y canfyddiadau newydd heddiw yn y cyfnodolyn Science Advances, mewn papur gan Medam Heydari Gharahcheshmeh, ôl-ddoc MIT, yr athrawon Karen Gleason a Jing Kong, a thri arall.
“Y nod yw dod o hyd i ddeunydd sy’n ddargludol yn drydanol yn ogystal â thryloyw,” eglura Gleason, a fyddai’n “ddefnyddiol mewn ystod o gymwysiadau, gan gynnwys sgriniau cyffwrdd a chelloedd solar.” Y deunydd a ddefnyddir fwyaf heddiw at ddibenion o’r fath yw a elwir yn ITO, ar gyfer indium titanium ocsid, ond mae'r deunydd hwnnw'n eithaf brau ac yn gallu cracio ar ôl cyfnod o ddefnydd, meddai.
Fe wnaeth Gleason a'i chyd-ymchwilwyr wella fersiwn hyblyg o ddeunydd tryloyw, dargludol ddwy flynedd yn ôl a chyhoeddi eu canfyddiadau, ond roedd y deunydd hwn yn dal i fod yn brin o gyfateb cyfuniad ITO o dryloywder optegol uchel a dargludedd trydanol. Mae'r deunydd newydd, mwy trefnus, meddai, fwy na 10 gwaith yn well na'r fersiwn flaenorol.
Mae'r tryloywder a'r dargludedd cyfun yn cael ei fesur mewn unedau o Siemens y centimetr. Mae ITO yn amrywio o 6,000 i 10,000, ac er nad oedd neb yn disgwyl i ddeunydd newydd gyfateb i'r niferoedd hynny, nod yr ymchwil oedd dod o hyd i ddeunydd a allai gyrraedd gwerth o leiaf o 35. Roedd y cyhoeddiad cynharach yn fwy na hynny trwy ddangos gwerth o 50 , ac mae'r deunydd newydd wedi llamu ar y canlyniad hwnnw, bellach yn clocio i mewn ar 3,000; mae'r tîm yn dal i weithio ar fireinio'r broses i godi hynny ymhellach.
Mae'r deunydd hyblyg uchel ei berfformiad, polymer organig o'r enw PEDOT, yn cael ei ddyddodi mewn haen ultrathin ychydig nanometrau o drwch, gan ddefnyddio proses o'r enw dyddodiad anwedd cemegol ocsideiddiol (oCVD). Mae'r broses hon yn arwain at haen lle mae strwythur y crisialau bach sy'n ffurfio'r polymer i gyd wedi'u halinio'n berffaith yn llorweddol, gan roi ei ddargludedd uchel i'r deunydd. Yn ogystal, gall y dull oCVD leihau'r pellter pentyrru rhwng cadwyni polymer o fewn y crisialau, sydd hefyd yn gwella dargludedd trydanol.
Er mwyn dangos defnyddioldeb posibl y deunydd, ymgorfforodd y tîm haen o'r PEDOT wedi'i alinio'n fawr mewn cell solar wedi'i seilio ar berovskite. Mae celloedd o'r fath yn cael eu hystyried yn ddewis arall addawol iawn i silicon oherwydd eu heffeithlonrwydd uchel a rhwyddineb eu cynhyrchu, ond mae eu diffyg gwydnwch wedi bod yn anfantais fawr. Gyda'r PEDOT newydd wedi'i alinio ag oCVD, gwellodd effeithlonrwydd y perovskite a dyblodd ei sefydlogrwydd.
Yn y profion cychwynnol, cymhwyswyd yr haen oCVD ar swbstradau a oedd yn 6 modfedd mewn diamedr, ond gellid cymhwyso'r broses yn uniongyrchol i broses weithgynhyrchu ar raddfa ddiwydiannol ar raddfa fawr, rholio i rol, meddai Heydari Gharahcheshmeh. “Bellach mae'n hawdd ei addasu ar gyfer graddfa ddiwydiannol,” meddai. Mae hynny'n cael ei hwyluso gan y ffaith y gellir prosesu'r cotio ar 140 gradd Celsius - tymheredd llawer is na'r hyn sy'n ofynnol gan ddeunyddiau amgen.
Mae'r PEDOT oCVD yn broses un cam ysgafn, sy'n galluogi dyddodiad uniongyrchol i swbstradau plastig, fel y dymunir ar gyfer celloedd ac arddangosfeydd solar hyblyg. Mewn cyferbyniad, mae amodau twf ymosodol llawer o ddeunyddiau dargludol tryloyw eraill yn gofyn am ddyddodiad cychwynnol ar swbstrad gwahanol, mwy cadarn, ac yna prosesau cymhleth i godi'r haen a'i throsglwyddo i blastig.
Oherwydd bod y deunydd yn cael ei wneud trwy broses dyddodi anwedd sych, gall yr haenau tenau a gynhyrchir ddilyn hyd yn oed gyfuchliniau gorau arwyneb, gan eu gorchuddio i gyd yn gyfartal, a allai fod yn ddefnyddiol mewn rhai cymwysiadau. Er enghraifft, gallai gael ei orchuddio ar ffabrig a gorchuddio pob ffibr ond dal i ganiatáu i'r ffabrig anadlu.
Mae angen i'r tîm ddangos y system ar raddfeydd mwy o hyd a phrofi ei sefydlogrwydd dros gyfnodau hirach ac o dan amodau gwahanol, felly mae'r ymchwil yn parhau. Ond “does dim rhwystr technegol i symud hyn ymlaen. Dim ond mater o bwy fydd yn buddsoddi mewn gwirionedd i fynd ag ef i'r farchnad, ”meddai Gleason.
Roedd y tîm ymchwil yn cynnwys postdocs MIT Mohammad Mahdi Tavakoli a Maxwell Robinson, a'r cyswllt ymchwil Edward Gleason. Cefnogwyd y gwaith gan Eni SpA o dan Raglen Ffiniau Solar Cynghrair Eni-MIT.
