高効率グラフェン太陽電池
グラフェン
グラフェンは、わずか1原子の厚さのハニカム状の格子に配置された炭素原子のシートであり、多くの固有の電子的および機械的特性を備えています。これは、電子が非常に高速でグラフェンを通過し、抵抗の少ない「ディラック」粒子のように振る舞うためです。グラフェンはまた、ディラック電子のために光を透過し、あらゆる色の光を吸収することができます。
太陽電池
これまでの研究者はグラフェンから太陽電池を製造してきましたが、電力変換効率は1.9％程度とかなり低くなっています。しかし、フロリダ大学ゲインズビル校の研究者は、デバイスのグラフェン層に有機ドーパントを追加することにより、これまでで最も効率的なグラフェンベースの太陽電池を製造することに成功しました。新しい太陽電池の電力変換効率は、ドープされていないグラフェンを使用するセルの2％未満と比較して、ほぼ9％に達します。
構造
これらのセルは、有機化合物（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（TFSA）をドープしたグラフェンシートでできており、シリコンウェーハの上に配置してグラフェン/シリコンショットキー接合を作成します。グラフェンをシリコンに転写すると、グラフェン表面での乱れが最小限に抑えられるため、界面は元の状態のままになります。この領域の障害は分離された電荷のトラップとして機能するため、クリーンなインターフェイスが重要です。そのため、電荷の寿命が短くなり、効率的に収集できなくなります。
作業中
このような光起電力デバイスは、太陽光にさらされると電子正孔対を生成することによって機能します。次に、電子と正孔はSchotkyインターフェースによって分離され、反対に帯電したグラフェンとシリコンに接触した電極によって収集されます。流れる電子と正孔によって生成される電流により、デバイスは電力を生成できます。
TFSAをグラフェンにドープすると、グラフェンのフェルミ準位が変化し、グラフェン/シリコン接合の電荷を再調整する効果があります。これにより、界面を横切る電界の強さが増し、電子と正孔をより効率的に収集できるようになり、最終的には発電量が増加します。
ナノマテリアル