Russia
Графен можно использовать для создания солнечных батарей вместо кремния
Исследователи из Центра Гельмгольца в Дрездене-Россендорфе (HZDR) в Германии предложили новый способ создания солнечных батарей, светочувствительных датчиков и светочувствительной электроники с использованием графена в качестве основного материала вместо кремния. В будущем это может открыть новую область электроники, в которой свет можно будет использовать непосредственно в качестве источника энергии.
Полупроводники, подобные кремнию, используются в солнечных элементах, потому что у них есть запрещенная зона. Это энергия, необходимая для возбуждения электрона из его низкоэнергетического состояния в зону проводимости с более высокой энергией, где он может свободно перемещаться и проводить электричество. Графен, с другой стороны, не имеет такой запрещенной зоны. Поэтому ученые предложили создавать такую запрещенную зону другими способами, например, разрезая и складывая графен так, чтобы получались крошечные края. Когда падающий свет создает электроны и дырки в модифицированном графене, можно применить магнитное поле, чтобы заставить носители заряда двигаться по круговым траекториям.
Края в этой установке должны служить направляющими, которые будут направлять носители заряда в противоположных направлениях. Таким образом, электроны и дырки можно разделить и заставить их переносить электрический ток.
Этот подход может сработать, но он не масштабируется и поэтому не может быть применен в реальных условиях. Вместо использования краев исследователи из HZDR решили использовать электрическое напряжение в качестве направляющей, что относительно просто реализовать в графене.
Узких металлических электродов, расположенных на изолирующем слое, достаточно, чтобы подать напряжение на лист графена и создать потенциальные барьеры для движения электронов и дырок. Когда на графен воздействует магнитное поле, электроны и дырки движутся по круговым траекториям, которые можно преобразовать в направленное движение с помощью барьеров, создаваемых напряжением.
Отрицательно заряженный барьер отражает электроны, а положительно заряженный — притягивает их. Эти барьеры используются для направления движения электронов. Исследователи определили, какой высоты должны быть барьеры и какова должна быть их ширина, чтобы электроны могли проходить через них.
Экспериментальная установка очень похожа на сэндвич со слоем графена между двумя электродами. Преимущество такого подхода в том, что перенос заряда можно регулировать в зависимости от энергии света, изменяя напряжение или отключая электроды.
В то время как кремний может работать с видимым светом, солнечный элемент на основе графена может работать и с инфракрасными фотонами, которые считаются слишком слабыми для образования электронно-дырочных пар в кремнии.
По мнению исследователей, для преобразования инфракрасного света в электричество достаточно магнитного поля напряженностью 0,1 тесла и расстояния в несколько микрометров. Для увеличения поглощения света можно добавить несколько слоев графена, разделенных изолирующими слоями.
#фотовольтаика
#новостиэлектроники
Исследователи из Центра Гельмгольца в Дрездене-Россендорфе (HZDR) в Германии предложили новый способ создания солнечных батарей, светочувствительных датчиков и светочувствительной электроники с использованием графена в качестве основного материала вместо кремния. В будущем это может открыть новую область электроники, в которой свет можно будет использовать непосредственно в качестве источника энергии.
Полупроводники, подобные кремнию, используются в солнечных элементах, потому что у них есть запрещенная зона. Это энергия, необходимая для возбуждения электрона из его низкоэнергетического состояния в зону проводимости с более высокой энергией, где он может свободно перемещаться и проводить электричество. Графен, с другой стороны, не имеет такой запрещенной зоны. Поэтому ученые предложили создавать такую запрещенную зону другими способами, например, разрезая и складывая графен так, чтобы получались крошечные края. Когда падающий свет создает электроны и дырки в модифицированном графене, можно применить магнитное поле, чтобы заставить носители заряда двигаться по круговым траекториям.
Края в этой установке должны служить направляющими, которые будут направлять носители заряда в противоположных направлениях. Таким образом, электроны и дырки можно разделить и заставить их переносить электрический ток.
Этот подход может сработать, но он не масштабируется и поэтому не может быть применен в реальных условиях. Вместо использования краев исследователи из HZDR решили использовать электрическое напряжение в качестве направляющей, что относительно просто реализовать в графене.
Узких металлических электродов, расположенных на изолирующем слое, достаточно, чтобы подать напряжение на лист графена и создать потенциальные барьеры для движения электронов и дырок. Когда на графен воздействует магнитное поле, электроны и дырки движутся по круговым траекториям, которые можно преобразовать в направленное движение с помощью барьеров, создаваемых напряжением.
Отрицательно заряженный барьер отражает электроны, а положительно заряженный — притягивает их. Эти барьеры используются для направления движения электронов. Исследователи определили, какой высоты должны быть барьеры и какова должна быть их ширина, чтобы электроны могли проходить через них.
Экспериментальная установка очень похожа на сэндвич со слоем графена между двумя электродами. Преимущество такого подхода в том, что перенос заряда можно регулировать в зависимости от энергии света, изменяя напряжение или отключая электроды.
В то время как кремний может работать с видимым светом, солнечный элемент на основе графена может работать и с инфракрасными фотонами, которые считаются слишком слабыми для образования электронно-дырочных пар в кремнии.
По мнению исследователей, для преобразования инфракрасного света в электричество достаточно магнитного поля напряженностью 0,1 тесла и расстояния в несколько микрометров. Для увеличения поглощения света можно добавить несколько слоев графена, разделенных изолирующими слоями.
#фотовольтаика
#новостиэлектроники
Views: 10