Графен позволит сделать практически совершенные солнечные ячейки
 Изображение разработанного устройства, состоящего из графеновой пластины и плазмонной металлической наноструктуры, полученное методикой сканирующей зондовой микроскопии. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Графен представляет собой одноатомный лист атомов углерода, образующих двумерную гексагональную кристаллическую решетку. С момента своего открытия в 2004 году данный материал не перестает удивлять ученых множеством возможных практических приложений и своими удивительными свойствами. Некоторые ученые полагают, что графен может найти широкое применение в разных технологических областях, в том числе он потенциально мог бы заменить кремний в роли основного конструктивного материала в электронной промышленности. Это возможно благодаря тому, что свободные носители заряда в графене путешествуют с чрезвычайно большими скоростями, практически не испытывая сопротивления со стороны атомов, расположенных в узлах кристаллической решетки. Таким образом, свободные носители заряда в графене ведут себя практически как частицы, не обладающие массой покоя.
Также графен имеет широчайшие перспективы с точки зрения будущего применения в практических приложениях фотоники, особенно, в устройствах оптической связи, где скорость действительно имеет значение. Материал обладает почти идеальной «внутренней квантовой эффективностью», потому что он поглощает практически каждый фотон, попавший внутрь, генерируя пару «электрон-дырка», которые в принципе могут быть преобразованы в электрический ток. Графеновые листы могут поглощать излучение широкого спектрального диапазона; кроме того, поглощенные фотоны порождают крайне быструю реакции. Это означает, что графен может использоваться для создания намного более быстрых устройств, чем применяются сейчас в оптических коммуникациях.
Конечно, у графена есть и свои недостатки. Например, при высокой «внутренней квантовой эффективности» материал отличается низкой «внешней квантовой эффективностью», т.е. он поглощает только около 3% падающего извне света. Кроме того, электрический ток позволяют извлечь только специальные электроды с оптимизированной ассиметрией, которую достаточно сложно достичь на практике.
Однако исследователи из University of Cambridge и University of Manchester (Великобритания), кажется, нашли способ решения обеих этих проблем путем совмещения графена и плазмонной металлической наноструктуры. Разработанная ими наноструктура представляет собой металлическую конструкцию, которая усиливает локальные электромагнитные поля, что позволяет существенно повысить генерируемый ток. Стоит отметить, что команда разработчиков включает и всемирно известного физика Андре Гейма, получившего в прошлом году совместно с коллегой Нобелевскую премию по физике за открытие этого удивительного материала. Подробные результаты работы опубликованы в журнале Nature Communications.
По данным ученых, разработанные устройства имеют «внешнюю квантовую эффективность» почти на 50% выше, чем эффективность лучшего из созданных на сегодняшний день графеновых устройств. А с помощью использования в устройстве титана и золота исследователями были исключена необходимость создания контактов с определенной асимметрией. В результате эффективность преобразования световой энергии в электрическую повысилась примерно в 20 раз.
Также по теме:
Источники: