بهبود پیل‌های خورشیدی با اکسید گرافن

دانشمندانی در تایوان و انگلیس نشان داده‌اند که اکسید گرافن می‌تواند برای استفاده در پیل‌های خورشیدی پلیمری و دیودهای گسیلنده نور ایده‌آل باشند و جایگزین لایه‌های انتقال دهنده حفره رایج مانند PEDOT:PSS نیمه‌رسانا شوند.

دانشمندانی در تایوان و انگلیس نشان داده‌اند
که اکسید گرافن می‌تواند برای استفاده در پیل‌های خورشیدی پلیمری و دیودهای
گسیلنده نور ایده‌آل باشند و جایگزین لایه‌های انتقال دهنده حفره رایج
مانند PEDOT:PSS نیمه‌رسانا شوند. اکسید گرافن همچنین امکان ساخت افزاره‌های
مساحت بزرگ روی بسترهای انعطاف‌پذیر را فراهم می‌کند، در حالی که با مواد
مرسوم کنونی امکان چنین کاری وجود دارد.

پیل‌های خورشیدی پلیمری برای ساخت فوتوولتائیک ارزان روی بسترهای پلاستیکی
انعطاف‌پذیر بسیار نوید بخش هستند. این افزاره‌ها با جذب انرژی از خورشید
برای تولید حامل‌های بار (الکترون‌ها و حفره‌ها) کار می‌کنند. به‌دلیل
اینکه الکترون‌ها و حفره‌ها جریان در پیل‌های خورشیدی را حمل می‌کنند، برای
بهبود راندمان تبدیل این افزاره‌ها، یک لایه انتقال دهنده حفره نیاز است.

 

 
شمایی از ساختار این افزاره‌ی فوتوولتائیک.
 

رایج‌ترین لایه انتقال‌دهنده حفره‌ای که در پیل‌های خورشیدی پلمیری استفاده
می‌شود، PEDOT:PSS نیمه‌رسانای قرار گرفته بین یک آند اکسید قلع ایندیوم
(ITO) و لایه فعال پلمیری، است. مشکلی که در اینجا وجود دارد این است که
PEDOT:PSS معمولاً از سوسپانسیون‌های‌آبی بسیار اسیدی که در دمای بالا
اکسید قلع ایندیوم را می‌خورد، ترسیب می‌شود. این فرآیند همچنین می‌تواند
آب را وارد لایه‌ی فعال کرده و در نتیجه عملکرد این افزاره را کاهش دهد.

برای غلبه بر این چالش‌ها، چون- وی چن در دانشگاه ملی تایوان و همکارانش
تصمیم گرفتند که استفاده از فیلم‌های نازک اکسید گرافن به‌عنوان یک جایگزین
ممکن برای PEDOT:PSS را بررسی کنند. این فیلم‌های نازک اکسید گرافن از
سوسپانسیون‌های آبی خنثی ترسیب می‌شوند و پیل‌های خورشیدی ساخته‌شده با
استفاده از این مواد، راندمان‌های تبدیل نور به توان بالایی نشان می‌دهند
که به بزرگی راندمان‌های پیل‌های خورشیدی ساخته‌شده با استفاده از
PEDOT:PSS هستند.

چن در مورد اینکه چرا اکسید گرافن در چنین کاربردهایی خیلی خوب است؛ توضیح
می‌دهد که اکسید گرافن یک عایق است و به‌عنوان یک لایه انتقال‌دهنده حفره
بسیار موثر عمل می‌کند. ساختار باند الکترونی اکسید گرافن این امکان را
فراهم می‌کند که حفره‌ها به‌طور موثری به‌سمت الکترود پیل خورشیدی حرکت
کنند، در حالی که از انتقال الکترون‌ها ممانعت می‌کند. این توانایی امکان
بازترکیب الکترون‌ها و حفره‌ها را کاهش می‌دهد و عملکرد این افزاره‌ها را
به‌شدت بهبود می‌دهد.

این محققان نتایج خود را در مجله‌ی ACS Nano منتشر کرده‌اند.