Графен, углеродный лист толщиной в один атом, чрезвычайно прочный и хорошо проводящий электричество, является самым тонким материалом из когда-либо созданных. Исследователи полагают, что его можно использовать в качестве прозрачного электрода в фотоэлектрических элементах, заменив слой оксида индия и олова (ITO), который является хрупким и становится все более дорогостоящим.Ви Шинг Ко из Института высокопроизводительных вычислений A * STAR в Сингапуре и его коллеги сравнили эти два материала. Они обнаружили, что графен превосходит ITO при использовании с солнечными элементами, которые поглощают широкий спектр света.
Длины волн света от Солнца имеют разную интенсивность и обеспечивают разное количество энергии. Чтобы максимизировать производительность фотоэлектрического устройства, его прозрачный электрод должен иметь низкое электрическое сопротивление, а также пропускать свет с правильной длиной волны для поглощения клетками.Квадратные листы графена, полученные с помощью современной технологии химического осаждения из паровой фазы, имеют электрическое сопротивление примерно в четыре раза больше, чем у типичного слоя ITO толщиной 100 нанометров. Хотя добавление большего количества слоев графена снижает его сопротивление, он также блокирует больше света.
Кох и его коллеги подсчитали, что четыре слоя графена, сложенные вместе, имеют наилучшие шансы соответствовать характеристикам ITO.У графена есть одно ключевое преимущество перед ITO: он позволяет более 97% света проходить через расположенный ниже солнечный элемент, независимо от его длины волны.
Напротив, ITO имеет тенденцию блокировать одни длины волн больше, чем другие. Четырехслойный графен немного более прозрачен в ближнем инфракрасном диапазоне, чем, например, ITO.Ко и его коллеги оценили, как каждый материал повлияет на гибкий органический солнечный элемент, поглощающий свет с длинами волн от 350 до 650 нанометров.
Они обнаружили, что четыре слоя графена обеспечивают только 92,3% мощности эквивалентного электрода ITO. В сочетании с другим органическим фотоэлектрическим устройством, которое работает от 350 до 750 нанометров, что делает его более эффективным при поглощении ближнего инфракрасного света, графен почти соответствует возможностям ITO.Исследователи пришли к выводу, что графен идеально подходит для фотоэлектрических элементов с очень широким диапазоном поглощения, таких как недавно разработанный органический солнечный элемент, который может собирать свет от 350 до 850 нанометров.
«С усовершенствованием процесса производства графена стало бы возможным для листового сопротивления графена быть на порядок ниже, чем нынешний уровень техники», — говорит Кох. Это позволило бы всего одному или двум листам графена превзойти ITO как по проводимости, так и по прозрачности, что сделало бы прозрачные графеновые электроды гораздо более широко применимыми.
Аффилированные с A * STAR исследователи, участвующие в этом исследовании, представляют Институт высокопроизводительных вычислений.