CleanTechnica将石墨烯称为“新千年的纳米材料”,部分原因是这种具有太阳能友好电子特性的超强2D碳形式的碳可以推出下一代高效太阳能电池。问题在于如何使挑剔的材料发挥作用,布鲁克海文国家实验室的一组研究人员正在研究一种廉价,简单的方法。
Brookhaven可以(石墨烯)Windows
自从2004年首次发现石墨烯以来,布鲁克海文解决石墨烯问题的方法就一直困扰着所有人。
如果没有窗户,则可能有一瓶或两瓶汽水或烤盘。可能都是相同的普通钠钙玻璃。
颇具讽刺意味的是,据特拉华大学科学玻璃吹制店的朋友们称,钠钙玻璃不是精细研究项目的首选:
苏打石灰的耐化学性不如硼硅酸盐玻璃。其较低的熔点和较高的系数或膨胀和收缩特性使其非常适合某些从玻璃到金属的操作以及廉价的玻璃器皿,例如移液器或平板玻璃。但是,这些相同的系数使得在需要高热量或较大温度波动的地方无法使用。由于其特性,在很多情况下不建议购买苏打石灰“设备”。如果损坏,修理起来会更加困难(有时甚至是不可能)。
显然,Brookhaven团队在探索一种更复杂的解决方案时偶然发现了钠钙玻璃,在新闻稿中的诗意解释是“这种惊奇是科学之美的一部分。”
石墨烯遇上碱石灰玻璃
那么,碱石灰玻璃到底有什么用呢?苏打水(Na2CO3)是主要成分,是一种钠化合物,当您在玻璃上铺石墨烯时,钠会与其发生相互作用。显然,相互作用自然会导致研究人员努力完成的掺杂效应,如研究小组所描述:
钠钙玻璃内部的钠会在石墨烯中产生高电子密度,这对于许多工艺而言都是必不可少的,并且很难实现。
这是通过扫描电子显微照片看到的石墨烯太阳能电池的俯视图(显微照片的白色刻度尺为10微米;插图为透射电子显微照片,显示了石墨烯(GR)界面,刻度尺为100纳米):
新方法解决了困扰石墨烯在太阳能电池和其他电子设备中应用的难题。在常规方法中,对石墨烯进行“掺杂”或更改,以实现石墨烯与器件中其他材料之间的最有效电子平衡。但是,掺杂通常涉及引入化学物质,这会导致性能随时间下降。
布鲁克海文团队在遇到尤里卡时刻时正朝着兴奋剂前进。该团队正在研究一种新系统,该系统由石墨烯太阳能电池组成,该系统堆叠在传统的高性能半导体(CIGS,对于那些在家里保持得分的人)上,全部都在一块钠钙玻璃上:
然后,科学家对该新型系统进行了初步测试,以提供一个基准来测试后续掺杂的影响。但是这些测试暴露出一些奇怪的现象:石墨烯已经被最佳掺杂,没有引入任何其他化学物质。
换句话说,石墨烯和CIGS层是自发相容的,不需要任何进一步的改动。
其余的只是侦探工作。该团队知道他们观察到的结果,只是不知道为什么会发生,直到他们四处探查并发现玻璃中的钠是一种内置的掺杂剂。
如果您有雄心壮志,可以在《科学报告》杂志上查看完整的研究报告,标题为“钠钙玻璃上的自发且坚固的多层石墨烯n掺杂及其在石墨烯-半导体结中的应用”。
到目前为止,该团队已经将其石墨烯太阳能电池推广到概念验证阶段。他们还证明,当设备暴露在空气中时,这种影响会持续数周,这对于太阳能电池应用来说是一个关键问题。
这是一个玻璃石墨烯世界,我们生活在其中
下一步包括制定流程以微调新的掺杂技术,并进行更严格的实际强度测试。
还有很长的路要走,但是团队已经期待着玻璃石墨烯系统取代一切的那一天:
…石墨烯的高电导率和透明性使其成为透明导电电极的极有希望的候选者,以代替相对脆弱且昂贵的铟锡氧化物(ITO),例如太阳能电池,有机发光二极管(OLED),平板显示器,和触摸屏。
所以……我们只是在谈论未来的太阳能汽车实际上已经在这里。如果Brookhaven的研究取得成功,也许我们所有人都会在头顶上搭着太阳月亮屋顶。
这将与我们的姊妹网站Gas2.org一直关注的启用石墨烯的燃料电池超级跑车配合得很好,因此请继续关注。
图片(屏幕截图):通过布鲁克海文国家实验室。
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