Stort spring mod grafen til solceller:Grafen bevarer sine egenskaber, selv når det er belagt med silicium

Dr. Marc Gluba og professor Dr. Norbert Nickel fra HZB Institute for Silicon Photovoltaics har vist, at grafen bevarer sit imponerende sæt af egenskaber, når det er belagt med en tynd siliciumfilm. Disse resultater har banet vejen for helt nye muligheder at bruge i tyndfilm solcelleanlæg.

Grafen har ekstrem ledningsevne og er fuldstændig gennemsigtig, samtidig med at det er billigt og ugiftigt. Dette gør det til et perfekt kandidatmateriale til transparente kontaktlag til brug i solceller til at lede elektricitet uden at reducere mængden af ​​indkommende lys - i hvert fald i teorien. Hvorvidt dette er sandt i en virkelig verden er tvivlsomt, da der ikke er noget, der hedder "ideel" grafen - en frit svævende, flad honeycomb struktur bestående af et enkelt lag af kulstofatomer:interaktioner med tilstødende lag kan ændre grafens egenskaber dramatisk.

"Vi undersøgte, hvordan grafens ledende egenskaber ændrer sig, hvis det inkorporeres i en stak af lag, der ligner en siliciumbaseret tyndfilmsolcelle, og vi blev overraskede over at opdage, at disse egenskaber faktisk ændrer sig meget lidt, " forklarer Marc Gluba. Til dette formål, de dyrkede grafen på en tynd kobberplade, derefter overført det til et glassubstrat, og til sidst belagt det med en tynd film af silicium. De undersøgte to forskellige versioner, der er almindeligt anvendt i konventionelle silicium tyndfilm teknologier:en prøve indeholdt et amorft silicium lag, hvor siliciumatomerne er i en uordnet tilstand svarende til et hærdet smeltet glas; den anden prøve indeholdt polykrystallinsk silicium for at hjælpe dem med at observere virkningerne af en standard krystallisationsproces på grafens egenskaber.

Selvom morfologien af ​​det øverste lag ændrede sig fuldstændig som følge af at blive opvarmet til en temperatur på flere hundrede grader C, grafen er stadig sporbar. "Det er noget, vi ikke forventede at finde, men vores resultater viser, at grafen forbliver grafen, selvom det er belagt med silicium, " siger Norbert Nickel.

Deres målinger af bærermobilitet ved hjælp af Hall-effekten viste, at mobiliteten af ​​ladningsbærere i det indlejrede grafenlag er omtrent 30 gange større end for konventionelle zinkoxidbaserede kontaktlag. Siger Gluba:"Ganske vist, det har været en rigtig udfordring at forbinde dette tynde kontaktlag, som kun er et atomlag tykt, til eksterne kontakter. Det er vi stadig nødt til at arbejde på." Tilføjer Nickel:"Vores tyndfilmsteknologikolleger spidser allerede ører og ønsker at inkorporere det." Forskerne indhentede deres målinger på prøver på én kvadratcentimeter, selvom det i praksis er muligt at belægge meget større områder end det med grafen.

Dette værk blev for nylig udgivet i Anvendt fysik bogstaver Vol. 103, 073102 (2013).