211service.com
Forskningstips om Graphene's Photovoltaic Potential
Forskare har visat att grafen är mycket effektivt för att generera elektroner när det absorberar ljus, vilket tyder på att materialet kan användas för att göra ljussensorer och kanske till och med effektivare solceller.
Konventionella material som förvandlar ljus till elektricitet, som kisel och galliumarsenid, genererar en enda elektron för varje absorberad foton. Eftersom en foton innehåller mer energi än en elektron kan bära, förloras mycket av energin som finns i det inkommande ljuset som värme. Nu avslöjar ny forskning att när grafen absorberar en foton genererar det flera elektroner som kan driva en ström. Det betyder att om grafenenheter för att omvandla ljus till elektricitet blir verklighet, kan de vara effektivare än de enheter som vanligtvis används idag.
Tidigare teoretiska arbeten hade gett hopp om att grafen hade denna egenskap, säger Frank Koppens , en gruppledare på Institutet för fotoniska vetenskaper i Spanien, som ledde forskningen. Han säger att det nya resultatet, som beskrivs denna vecka i Naturfysik , representerar det första experimentella beviset.
För att utföra experimentet använde forskarna två ultrasnabba ljuspulser. Den första skickade en föreskriven mängd energi till ett enda lager grafen. Den andra fungerade som en sond som räknade de elektroner som den första genererade.
PV potential: Grafen, vars atomstruktur ses i denna konceptuella illustration, har visat sig ha lovande optiska egenskaper.
Koppens säger att fenomenet som beskrivs i det nya dokumentet förmodligen kommer att ha den mest omedelbara effekten inom bildavkänningsområdet; hans labb arbetar på en prototypenhet. Han är ganska säker på att gruppen kan förbättra prestandan hos ljussensorer som de som används i kameror, mörkerseendeglasögon och vissa medicinska sensorer.
Bland Koppens medarbetare fanns MIT fysikprofessor Leonid Levitov och Justin Chien Wen Song, en doktorand i Levitovs labb, som hjälpte Koppens att tolka data genom teoretisk modellering.
Även om arbetet bara antyder möjliga soltillämpningar, visar det att grafen kan anses vara en kandidat för användning i så kallade tredje generationens solceller. Termen hänvisar till ännu inte utvecklade tekniker som skulle övervinna de fysiska gränserna för konventionella solceller och nå mycket högre effektivitet. Dagens kiselceller har en teoretisk effektivitetsgräns på cirka 30 procent. Solceller gjorda av grafen kan ha en teoretisk gräns på över 60 procent.
Koppens säger att många tekniska utmaningar står i vägen för det, men inte minst är att ta reda på hur man utvinner ström från systemet.
Den nya uppsatsen illustrerar ett mycket viktigt koncept, eftersom framtida enheter kommer att bero på en förståelse av de fysiska processer som uppstår när grafen absorberar ljus, säger Andrea Ferrari , en professor i nanoteknologi vid University of Cambridge i Storbritannien Ferrari, som inte var involverad i denna forskning, säger att han och kollegor har en ännu opublicerad artikel som beskriver ett liknande resultat. Att demonstrera denna egenskap i grafen öppnar ett lovande nytt forskningsfält, säger han.
Grafen var redan spännande som fotovoltaiskt material på grund av dess unika optiska egenskaper, förklarar Ferrari. Materialet kan fungera med alla möjliga våglängder man kan tänka sig, säger han. Det finns inget annat material i världen med detta beteende. Den är också flexibel, robust, relativt billig och lätt att integrera med andra material. Den nya forskningen lägger till ett tredje lager av intresse för grafen för optik, säger han.