Grafenplader kunne lave effektive gennemsigtige elektroder i visse typer solcelleceller

grafen, et et-atom-tykt ark kulstof, der er ekstremt stærkt og leder elektricitet godt, er det tyndeste materiale, der nogensinde er lavet. Forskere mener, at det kunne bruges som en gennemsigtig elektrode i solceller, erstatte et lag af indiumtinoxid (ITO), der er skørt og bliver stadig dyrere.

Wee Shing Koh fra A*STAR Institute of High Performance Computing i Singapore og kolleger har sammenlignet disse to materialer. De fandt ud af, at grafen overgår ITO, når det bruges sammen med solceller, der absorberer et bredt lysspektrum.

Bølgelængderne af lys fra Solen har en række intensiteter og leverer varierende mængder strøm. For at maksimere en fotovoltaisk enheds ydeevne, dens gennemsigtige elektrode skal have en lav elektrisk modstand, samtidig med at den transmitterer lys med de rigtige bølgelængder, som cellerne kan absorbere.

Firkantede ark grafen fremstillet af nutidens kemiske dampaflejringsteknologi har en elektrisk modstand, der er cirka fire gange større end et typisk 100 nanometer tykt lag af ITO. Selvom tilføjelse af flere lag grafen reducerer dets modstand, det blokerer også mere lys. Koh og hans medarbejdere beregnede, at fire lag grafen stablet sammen havde den bedste chance for at matche ITO's ydeevne.

Grafen har en vigtig fordel i forhold til ITO:det tillader mere end 97% af lyset at passere igennem til solcellen nedenunder, uanset dens bølgelængde. I modsætning, ITO har en tendens til at blokere visse bølgelængder mere end andre. Fire-lags grafen er lidt mere gennemsigtigt ved nær-infrarøde bølgelængder end ITO er, for eksempel.

Koh og kolleger vurderede, hvordan hvert materiale ville påvirke en fleksibel organisk solcelle, der absorberer lys med bølgelængder på 350 til 650 nanometer. De fandt ud af, at fire lag grafen kun leverede 92,3% af effekten af ​​en tilsvarende ITO-elektrode. Når parret med en anden organisk fotovoltaisk enhed, der fungerer fra 350 til 750 nanometer, hvilket gør den mere effektiv til at absorbere nær-infrarødt lys, grafen matchede næsten ITO's muligheder.

Forskerne konkluderede, at grafen ville være ideelt egnet til fotovoltaiske celler med et meget bredt absorptionsområde, som en nyligt udviklet organisk solcelle, der kan høste lys fra 350 til 850 nanometer.

"Med raffinementet i grafenfremstillingsprocessen, det ville være muligt for plademodstanden for grafen at være en størrelsesorden lavere end den nuværende teknik, " siger Koh. Dette ville tillade blot et eller to ark grafen at slå ITO på både ledningsevne og gennemsigtighed, gør grafen transparente elektroder meget mere anvendelige.