نسل جدید سلول های خورشیدی با استفاده از گرافن ها در راه است - مجله یگانه

به گزارش خبرنگار فناوری خبرنگاران، روش جدید برای ساخت ورقه های عظیم، باکیفیت و نازک اتمی گرافن می تواند منجر به ایجاد سلول های خورشیدی بسیارسبک، انعطاف پذیر و انواع جدیدی از دستگاه های نشر نور و دیگر الکترونیک های فیلم نازک گردد.

فرآیند فراوری جدید که توسط محققان MIT ایجاد شده است و فراوری آن در مقیاس صنعتی بسیار آسان است؛ شامل یک لایه بافر میانی از مواد بوده که برای موفقیت این روش بسیار مهم است. بافر اجازه می دهد تا ورقه های فوق نازک گرافن (کمتر از نانومتر) به راحتی از زیر لایه برداشته شده و امکان فراوری سریع رول به رول را فراهم کند.

در سال های اخیر، یافتن راهی برای ساخت الکترود های نازک، عظیم و شفاف که در هوای آزاد پایدار هستند خواسته اصلی الکترونیک های فیلم نازک برای کاربرد های مختلف در دستگاه های اپتوالکترونیکی است. (چیزی که هم مانند صفحات کامپیوتر و تلفن هوشمند نور فراوری و هم مانند سلول های خورشیدی نور دریافت کند). استاندارد امروز برای چنین کاربرد هایی اکسید قلع ایندیوم (ITO)، ماده ای که اساس آن عناصر کمیاب و گران شیمیایی است.

بسیاری از گروه های تحقیقاتی در زمینه یافتن جایگزینی برای ITO، با تمرکز بر روی هر دو ماده آلی و معدنی کار نموده اند. گرافن، نوعی کربن خالص است که اتم های آن در یک آرایش هگزاگونال کنارهم قرار گرفته اند، دارای خواص الکتریکی و مکانیکی بسیار مناسبی است؛ اما از نظر فیزیکی نازک و انعطاف پذیر بوده و از مواد ارزان ساخته شده است. علاوه بر این، همانطور که این گروه نشان دادند، می توان گرافن را به راحتی با انباشت بخار شیمیایی (CVD)، با استفاده از مس به عنوان لایه اولیه، به شکل ورقه های عظیم ساخت. با این حال درکاربرد های دستگاهی، دشوارترین بخش یافتن راه هایی برای آزادنموده گرافن رشدیافته CVD از بستر مس است.

این آزادسازی که به فرآیند انتقال گرافن معروف است، منجر به ایجاد شبکه ای از چین خوردگی ها و کاستی ها در ورقه می گردد. همین موضوع باعث از بین رفتن تداوم فیلم و کاهش رسانایی الکتریکی خواهد شد. محقق این پروژه گفت: با فناوری جدید، ما قادریم تا ورقه های عظیم گرافن را فراوری کنیم، آن ها را به هر زیرلایه ای که می خواهیم منتقل نموده تا نحوه انتقال آن ها تاثیری در ویژگی های الکتریکی و مکانیکی گرافن نداشته باشد.

کلید این موضوع لایه بافری ساخته شده از پلیمری به نام پاریلن است که در سطح اتمی با ورقه های گرافنی مطابقت دارد. مانند گرافن؛ پاریلن نیز با CVD فراوری می گردد که فرایند فراوری و مقیاس پذیری را ساده می نماید.

برای اثبات این فناوری، گروه سلول های خورشیدی اثبات مفهومی ساختند؛ یک ماده سلول خورشیدی پلیمری فیلم نازک را در کنار لایه گرافنی تازه شکل گرفته برای یکی از دو الکترود سلول، قرار دادند و درنهایت یک لایه پاریلن که بعنوان زیرلایه در دستگاه واقع شده است. آن ها عبور نوری را نزدیک به 90% برای فیلم گرافن، تحت نور مرئی اندازه گیری کردند.

سلول خورشیدی مبتنی بر گرافن نمونه در مقایسه با سلول های مبتنی بر ITO تقریبا 36 برابر در هر جرم نیرو منتقل می نماید. همچنین از 200/1 مقدار ماده در هر واحد سطح برای الکترود شفاف استفاده می نماید. درنهایت در مقایسه با ITO فایده بیشتری داشته و تقریبا رایگان است.

محقق گفت: دستگاه های بر پایه گرافن فوق سبک می توانند راه را برای کاربرد های جدید هموار کند؛ بنابراین اگر شما به دستگاه های قابل حمل فکر می کنید، نیرو در هر وزن بسیار مهم خواهد شد.

ماده بافر پاریلن، به طور گسترده ای در صنعت میکروالکترونیک، معمولا برای کپسوله و محافظت کردن دستگاه های الکترونیکی استفاده می گردد. پس زنجیره های تامین و تجهیزات برای استفاده از مواد در حال حاضر گسترده است. آزمایش ها نشان دادند که یکی از سه نوع پاریلن موجود، دارای اتم کلر بیشتری است و به همین دلیل کارآرایی موثرتری داشته است.

نزدیکی اتمی پریلین غنی از کلر، به گرافن زیرین به عنوان لایه های ساندویچی، یک مزیت است و نوعی دوپینگ برای گرافن به حساب می آید. در نهایت یک رویکرد مطمئن و غیرمخرب برای بهبود راهنمایی گرافن در مساحت های عظیم است.