שיטה חדשנית לייצור אלקטרודות

 

שיטה חדשנית לייצור אלקטרודות שקופות וגמישות

מאת דר. משה נחמני

מזה זמן מה שמערכים של ננו-חוטי כסף (AgNW) נחשבים כמועמדים מבטיחים להחליף את תחמוצת הבדיל-אינדיום מאחר והם גמישים ומאחר וכל חוט בפני עצמו מוליך במיוחד

ככל שהשוק עבור צגי גביש נוזלי ורכיבי אלקטרוניקה אחרים ממשיך לגרום לעליית מחירו של אינדיום – החומר המשמש להכנת אלקטרודות שקופות המבוססות על תחמוצת בדיל-אינדיום בהתקנים אלו – מדענים מחפשים אחר חלופה פחות יקרה ודינמית יותר, במיוחד עבור השימוש ברכיבי אלקטרוניקה גמישים עתידיים.

 
מלבד מחירה הגבוה, לתחמוצת בדיל-אינדיום (ITO) יש מספר חסרונות – היא שבירה ולכן היא חסרת תועלת לשימוש בצגים גמישים ובתאים סולאריים, ובנוסף קיים מחסור באינדיום, המצוי בעיקר ביבשת אסיה. יתרה מכך, הייצור עצמו של שכבות חומר זה הוא די בלתי יעיל.
 
כעת, חוקרים מאוניברסיטת קליפורניה בלוס אנג'לס (UCLA) מדווחים בכתב-העת המדעי ACS Nano כי הם הצליחו לפתח שיטה ייחודית לייצור אלקטרודות שקופות המבוססות על ננו-חוטי כסף בשילוב עם ננו-חומרים אחרים. האלקטרודות החדשות הינן גמישות ובעלות רמת הולכה גבוהה ומתגברות על המגבלות הטמונות בתחמוצת בדיל-אינדיום.
 
מזה זמן מה שמערכים של ננו-חוטי כסף (AgNW) נחשבים כמועמדים מבטיחים להחליף את תחמוצת הבדיל-אינדיום מאחר והם גמישים ומאחר וכל חוט בפני עצמו מוליך במיוחד. אולם, בדר"כ נדרשות שיטות טיפול מורכבות על מנת לאחות ולצלב בין מערכים אלו לקבלת התנגדות נמוכה וכושר הידבקות טוב למשטחים. על מנת לפתור זאת, החוקרים הדגימו כי באמצעות איחוי של מערכי ננו-חוטי כסף עם ננו-חלקיקי תחמוצות-מתכת ופולימרים אורגניים, ניתן לייצר באופן יעיל מוליכים שקופים מאוד.
 
ראש צוות המחקר, הפרופסור למדעי החומרים והנדסה Yang Yang, מסביר: "במחקר זה הצלחנו להדגים שיטה פשוטה ויעילה לקבלת שכבות מרוכבות של מערכי ננו-חוטי כסף מוליכים במיוחד בעלי שקיפות אופטית ותכונות מכאניות מעולות. זהו הפתרון הטוב ביותר: אלקטרודה שקופה המתאימה למגוון נרחב של מצעים."
 
מדענים מסוגלים להתיז בקלות משטח של ננו-החוטים לקבלת יריעה שקופה, אולם האתגר הוא לאפשר לננו-חוטי הכסף להידבק למשטח טוב יותר מבלי להשתמש בטמפרטורות קיצוניות (200 מעלות צלזיוס) או לחצים גבוהים, תנאים ההופכים את הננו-חומר לפחות מתאים לחומרים אורגניים רגישים המשמשים באופן נרחב בייצור רכיבי אלקטרוניקה גמישים. על מנת לעמוד באתגר זה, החוקרים פיתחו שיטה נמוכת-טמפרטורה להכנת אלקטרודות שקופות בעלות ביצועים גבוהים מננו-חוטי כסף באמצעות התזת ציפוי בעל שילוב ייחודי של ננו-חומרים.
 
ראשית, החוקרים מתיזים תמיסה זמינה מסחרית של ננו-חוטי כסף על-גביי משטח. בשלב הבא הם מטפלים בננו-החוטים ע"י תמיסה של ננו-חלקיקי דו-תחמוצת הטיטאניום לקבלת שכבה משולבת. בזמן שהשכבה מתייבשת, כוחות קפילאריים מדביקים יחדיו את ננו-החוטים, ובכך משפרים את איכות ההולכה של השכבות. בשלב הבא, החוקרים מצפים את השכבה שהתקבלה בשכבה של פולימר מוליך על מנת להגביר את היאחזותם של החוטים למשטח.
 
השילובים המרוכבים של מערכי ננו-חוטי הכסף מוליכים במיוחד, בעלי שקיפות אופטית ותכונות מכאניות מעולות. צוות המחקר גם בנה תאים סולאריים המבוססים על האלקטרודות השקופות וגילה כי ביצועיהם ברי-השוואה לתאים סולאריים המורכבים מתחמוצת בדיל-אינדיום.