Grafenas: anglies saulės energija | NPP Azijos medžiagos

Grafenas: anglies saulės energija | NPP Azijos medžiagos

Anonim

Saulės energijos konversija demonstruojama grafeno ant silicio saulės elementuose.

Grafenas - atominis anglies atomų sluoksnis, išdėstytas korio tinklelyje - turi daug savybių, kurios patraukia tiek mokslininkus, tiek technologus. Tarp jų, dėl aukšto elektrinio laidumo ir labai aukšto (80%) skaidrumo, grafenas yra idealus kandidatas skaidrių elektrodų gamybai. Hongwei Zhu, Kunlin Wang ir kolegos iš Tsinghua universiteto Kinijoje 1 dabar pademonstravo galimybę naudoti grafeną kaip saulės elementų komponentą.

Saulės elementai paverčia šviesos energiją elektros energija, sukurdami struktūrą, kurioje teigiami ir neigiami krūviai, atsirandantys veikiant saulės spinduliams, išsiskiria ir migruoja priešingomis kryptimis. Šis krūvio judėjimas sukuria foto srovę, efektyviai paverčiančią šviesos energiją į elektrą, o silicis yra medžiaga, kuri šiuo metu teikia efektyviausius energijos virsmo greičius. Tačiau silicis yra brangus, o didesnis silicio turinčių saulės elementų efektyvumas yra sudėtingas uždavinys. Zhu ir jo kolegos numatė, kad uždėjus grafeno plėvelę ant silicio, bus sukurta Schottky sankryža - diodų tipo potencialo barjeras, labiau susijęs su metalų ir puslaidininkių sąsaja. Šioje silicio anglies struktūroje (1 pav.) Šviesa pereina per skaidrią grafeno plėvelę į silicio sluoksnį, kur ji skatina elektronų ir skylių porų susidarymą. Tada šios krūvio poros atsiskiria, elektronams judant link silicio, o skylės - link grafeno.

Image

1 pav. Grafeno ant silicio saulės elemento schema. Fotogeneruoti elektronai (e - ) ir skylės (h + ) yra atskirti ir nukreipti atitinkamai į silicio ir grafeno sluoksnius.

Mokslininkai ištyrė keletą skirtingų dydžių prietaisų ir numatė pagrįstą 1, 6% energijos konvertavimo efektyvumą - mažesnį nei kitų prietaisų, kuriuose deginami silicio dioksidas (5–7%), tačiau kuriuos dar galima patobulinti. Pagrindinis grafeno pranašumas, palyginti su kitomis anglies struktūromis, tokiomis kaip amorfinė anglis ar anglies nanovamzdeliai, yra tas, kad jis tolygiai padengia silicio paviršių, išlaikant aukštą skaidrumą. „Tolesnio ląstelių efektyvumo pagerėjimo galima tikėtis optimizuojant grafeno kristališkumą ir paviršiaus plokšumą, atliekant juostų tarpų inžineriją ir įdedant kitas fotoaktyviąsias medžiagas“, - sako Zhu.

Grafeno pagrindu sukurti saulės elementai yra suderinami su esamomis puslaidininkių technologijomis, todėl Zhu optimistiškai vertina, kad elementai galėtų būti naudojami kaip maitinimo šaltiniai silicio pagrindu pagamintose integruotose schemose. „Ši fotoelektrinė koncepcija atveria naują galimybę kurti anglies pagrindu pagamintus saulės elementus ir taip pat gali būti taikoma ne tik siliciui, bet ir kitoms puslaidininkinėms medžiagoms“, - sako Zhu.

Autoriai

Šį tyrimo akcentą patvirtino originalaus straipsnio autorius, o visus empirinius duomenis pateikė pats autorius.