Hoogrendement grafeen zonnecellen

Grafeen
Grafeen is een laag koolstofatomen die is gerangschikt in een honingraatachtig rooster van slechts één atoom dik, met een aantal unieke elektronische en mechanische eigenschappen. Dit komt door het feit dat elektronen met extreem hoge snelheden door grafeen suizen en zich gedragen als "Dirac"-deeltjes met weinig weerstand. Grafeen is ook transparant voor licht vanwege de Dirac-elektronen en kan licht van elke kleur absorberen.
Zonnecellen
Onderzoekers hebben tot nu toe zonnecellen gemaakt van grafeen, maar de efficiëntie van de energieconversie is vrij laag, rond de 1,9%. Maar onderzoekers van de Universiteit van Florida in Gainesville zijn erin geslaagd de meest efficiënte op grafeen gebaseerde zonnecellen ooit te fabriceren door een organische doteringsstof toe te voegen aan de grafeenlaag in de apparaten. De energieconversie-efficiëntie van de nieuwe zonnecellen bereikt bijna 9%, vergeleken met iets minder dan 2% voor cellen die ongedoteerd grafeen gebruiken.
Structuur
Deze cellen zijn gemaakt van grafeenvel dat is gedoteerd met de organische verbinding (trifluormethaansulfonyl)amide, of TFSA, bovenop een siliciumwafel geplaatst om een ​​grafeen/silicium Schottky-verbinding te maken. Het overbrengen van grafeen op silicium veroorzaakt minimale verstoring aan het grafeenoppervlak en daarom blijft het grensvlak ongerept. Een schone interface is belangrijk omdat elke stoornis in dit gebied als een val voor gescheiden ladingen fungeert, waardoor hun levensduur wordt verkort, wat betekent dat ze niet zo efficiënt kunnen worden verzameld.
Werken
Dergelijke fotovoltaïsche apparaten werken door elektronen-gatenparen te produceren wanneer ze worden blootgesteld aan zonlicht. De elektronen en gaten worden vervolgens gescheiden door de Schotky-interface en verzameld door elektroden die in contact zijn gebracht met het tegengesteld geladen grafeen en silicium. De stroom die wordt geproduceerd door de stromende elektronen en gaten stelt het apparaat in staat stroom te genereren.
Doping van grafeen met TFSA verandert het Fermi-niveau van het grafeen, wat tot gevolg heeft dat de ladingen op de grafeen/silicium-junctie worden aangepast. Dit verhoogt de sterkte van het elektrische veld over het grensvlak en zorgt ervoor dat elektronen en gaten efficiënter kunnen worden verzameld, wat uiteindelijk leidt tot een toename van de hoeveelheid opgewekte energie.