运用oCVD法进行PEDOT合成的示意图。(A) 沉积后的酸性冲洗（如使用MeOH或HBr）通常以FeCl?为氧化剂除去聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)薄膜上未反应的氧化剂和氧化副产物，从而提高电导率。(B) 使用VOCI?作为氧化剂合成PEDOT不需要酸性冲洗，产生的薄膜能直接用于设备生产，是真正的单步全干燥工艺。来源：“通过单步全干燥工艺制造超薄聚(3,4-乙烯二氧噻吩)薄膜，调整、优化和钙钛化太阳能电池设备” （图片来源：Science Advances (2019)）
MIT的研究人员优化了一种透明导电涂层材料，使它的导电性增强了10倍。当在高性能太阳能电池中使用时，该材料能提高电池的效率并增加稳定性。
这项新发现刊登在Science Advances杂志中，文章由MIT博士后Meysam Heydari Gharahcheshmeh，Karen Gleason和Jing Kong教授，还有其他三人共同撰写。
“目标是找到一种能导电且透明的材料，”Gleason解释道，这样的材料“将适用于各种应用，包括触摸屏，太阳能电板。”现在用于该用途最常用的材料是ITO (氧化铟钛)，但是这种材料非常脆，在使用一段时间后可能会开裂，她说。
Gleason和她的同事在两年前优化了透明导电材料的柔韧性并发表了研究成果，但这种材料仍然远远达不到ITO能结合高光学透明度和导电性的特性。这种新的、更规则的材料，她说，比先前的版本好十多倍。
透明度和导电性的综合测量单位是西门子每厘米。ITO的参数介于6000和10000之间，虽然没有人期望有材料能达到该值，研究的目标是找出至少能达到35的材料。前期发表的材料达到了50，现在的这种新材料已经超越了这个结果，达到了3000，团队目前仍在对流程进行微调，以进一步提高效率。
这种高性能的柔性材料是一种叫PEDOT的有机聚合物，通过氧化化学气相沉积(oCVD)，沉积在仅为几纳米厚的超薄层上。这种工艺中，用于形成聚合物的微小晶体结构全都完美地水平排列形成薄膜，让形成的材料拥有良好的导电性。另外，oCVD法还能减小微晶中聚合物链之间的堆积距离，这也增强了材料的导电性。
为了演示材料可能的用途，团队把一层整齐排列的PEDOT材料与钙钛结构太阳能电池相结合，这种电池因其高效和易于制造，被认为是硅太阳能电池的最佳替代品，但是它们有一个主要的缺点，缺乏耐久性。有了这种oCVD法制造的新PEDOT材料，钙钛结构太阳能电池的效率提高了，耐久性也提高了一倍。
在初始试验中，oCVD层被应用于直径6英寸的基板上，这种工艺也能用于大规模的逐卷工业制造，Heydari Gharahcheshmeh说。“现在的这种工艺能轻易地适应工业规模，”他说。这是由于涂层能在140摄氏度的温度下加工，远比其他替代材料需要的温度低。
oCVD方法制造的PEDOT是一种温和单步工艺，能根据柔性太阳能电池和显示器所需，在塑料基板上直接沉积。而许多其他透明导电材料因其极端的制造环境，需要先在一个不同的，更加坚固的基底上沉积，然后通过复杂的技术分离薄膜再把它转移到塑料基板上。
因为这种材料由干气相淀积法制造，产生的薄膜甚至可以沿着表面最细微的轮廓，均匀覆盖材料，这种特性在一些应用中非常有用。比如说，它能被涂在纺织品上，覆盖每一根纤维，但仍使纺织物透气。
团队仍需要在更大尺度上演示这种系统，并在更长的时间，不同条件下证明其稳定性，所以研究仍在继续。但是“继续前进已经没有技术障碍了。问题仅仅是谁会投资将该技术投入市场。”Gleason说。
翻译：王嘉钰
审校：郝豪
引进来源：麻省理工学院
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