Высокоэффективные графеновые солнечные элементы

Графен
Графен - это лист атомов углерода, расположенных в виде сотовой решетки толщиной всего в один атом, обладающий рядом уникальных электронных и механических свойств. Это связано с тем, что электроны движутся через графен с чрезвычайно высокой скоростью, ведя себя как «дираковские» частицы с небольшим сопротивлением. Графен также прозрачен для света из-за своих электронов Дирака и может поглощать свет любого цвета.
Солнечные батареи
До сих пор исследователи делали солнечные элементы из графена, но эффективность преобразования энергии довольно низкая - около 1,9%. Но исследователям из Университета Флориды в Гейнсвилле удалось создать самые эффективные солнечные элементы на основе графена за счет добавления органической примеси в слой графена в устройствах. Эффективность преобразования энергии новых солнечных элементов достигает почти 9% по сравнению с менее чем 2% для элементов, в которых используется нелегированный графен.
Структура
Эти ячейки сделаны из листа графена, легированного органическим соединением (трифторметансульфонил) амидом, или TFSA, помещенным на кремниевую пластину для образования перехода Шоттки между графеном и кремнием. Перенос графена на кремний вызывает минимальные возмущения на поверхности графена, и, следовательно, интерфейс остается нетронутым. Чистый интерфейс важен, потому что любой беспорядок в этой области действует как ловушка для разделенных зарядов, что сокращает их срок службы, а это означает, что их невозможно собрать так же эффективно.
Работает
Такие фотоэлектрические устройства работают, производя пары электрон-дырка под воздействием солнечного света. Затем электроны и дырки разделяются границей раздела Шотки и собираются электродами, контактирующими с противоположно заряженными графеном и кремнием. Ток, создаваемый протекающими электронами и дырками, позволяет устройству генерировать энергию.
Допирование графена TFSA изменяет уровень Ферми графена, что приводит к перенастройке зарядов на переходе графен / кремний. Это увеличивает напряженность электрического поля на границе раздела и позволяет более эффективно собирать электроны и дырки, что в конечном итоге приводит к увеличению количества генерируемой энергии.