p (Phys.org) - Tirando vantagem das propriedades elétricas e ópticas favoráveis ​​do grafeno, e então adicionar um dopante orgânico, os pesquisadores alcançaram a maior eficiência de conversão de energia até então para uma célula solar à base de grafeno. A eficiência de conversão de energia de 1,9% dos dispositivos não dopados aumenta em mais de quatro vezes para 8,6% após a dopagem. p Os pesquisadores, liderado por Sefaattin Tongay e Arthur F. Hebard na Universidade da Flórida em Gainesville, publicaram seu estudo sobre as células solares de grafeno de alta eficiência em uma edição recente da Nano Letras .

p “Aqui, não só tiramos proveito da bela transparência ótica do grafeno, mas também reduzimos a resistência elétrica do grafeno ajustando o nível Fermi de grafeno usando uma camada de revestimento orgânico barata e ambientalmente estável, ”Tongay disse Phys.org . “Durante esta etapa, A natureza nos favoreceu ao produzir uma retificação mais alta e um campo elétrico na interface, melhorando ainda mais a eficiência da célula solar. ”

p Nas novas células solares, uma única camada de grafeno colocada no topo de um wafer de silício serve como uma junção Schottky, o principal componente de dispositivos fotovoltaicos simples chamados células solares de junção Schottky.

p Sob iluminação, pares de elétron-buraco são fotogerados no silício. Os elétrons e orifícios fotogerados são separados pelo potencial elétrico embutido na junção de Schottky e coletados pelos contatos de grafeno e semicondutores de carga oposta. Este fluxo unilateral de corrente (elétrons fluindo em uma direção e buracos na outra) é uma propriedade definidora da junção Schottky e permite a geração de energia a partir do dispositivo.

p Embora as células solares de junção Schottky à base de grafeno tenham sido demonstradas no passado, aqui, os pesquisadores deram um passo a mais e doparam o grafeno com o químico orgânico TFSA usando um método simples de spin-casting.

p O doping permitiu aos pesquisadores ajustar o nível de Fermi do grafeno (uma medida da energia potencial do elétron), o que resultou em duas mudanças que melhoraram a eficiência geral das células solares:uma redução na resistência do grafeno e um aumento no potencial integrado da célula solar, o que leva a uma separação mais eficiente dos pares elétron-buraco gerados pelos fótons absorvidos.

p Com sua eficiência de 8,6%, os dispositivos dopados fornecem uma melhoria de eficiência significativa em relação a outras células solares de junção Schottky à base de grafeno, que demonstraram até agora eficiências de conversão de energia variando de 0,1% a 2,86%.

p Em comparação com as células solares de junção Schottky que usam óxido de índio e estanho, aqueles que usam grafeno têm várias vantagens. Por exemplo, a capacidade de ajustar as propriedades do grafeno permite aos pesquisadores otimizar a eficiência da célula solar e usar a camada de grafeno em outros semicondutores além do silício.

p Os pesquisadores esperam que os métodos usados ​​aqui, que são simples e escaláveis, pode levar a mais melhorias no dispositivo e aplicações práticas no futuro.

p “Esperamos que a eficiência possa ser melhorada ainda mais pela engenharia da interface, usando diferentes camadas de revestimento orgânico produzindo efeitos de dopagem mais elevados, melhorando a qualidade do grafeno e o procedimento de transferência de grafeno, usando camadas anti-reflexo, e vários outros métodos conhecidos pela comunidade de células solares, ”Tongay disse. “Este é apenas o começo.”

p Hebard acrescentou que novas descobertas da física do grafeno devem levar a células solares mais eficientes e baratas.

p “Nosso aumento descrito de eficiência de conversão de energia com a simples aplicação de uma camada orgânica estável é apenas o começo, Disse ele. “O grafeno e seus derivados continuam a nos surpreender com propriedades incomuns (força, flexibilidade, barreira de difusão, energia Fermi sintonizável, espectro eletrônico linear, etc). Outros avanços virão com uma compreensão mais profunda da física de como os fótons que chegam criam elétrons e buracos com eficiência, que são então separados e coletados em nossa configuração descrita. Este conhecimento deve ser aplicável para encontrar substratos alternativos para o silício (produtos orgânicos e polímeros vêm à mente), que são mais baratos e podem ser aplicados em grandes áreas.

p “Está claro que a pesquisa com grafeno e seus derivados já está à luz do sol; esperamos que nosso trabalho em células solares o mantenha lá. ” p Copyright 2012 Phys.Org
Todos os direitos reservados. Este material não pode ser publicado, transmissão, reescrito ou redistribuído no todo ou em parte sem a permissão expressa por escrito da PhysOrg.com.