Инженеры из технологического института Массачусетского создали гибридные гибкие фотоэлементы на основе нанофиламентов оксида цинка и графена. Описание работы опубликовали в журнале под названием Nano Letters, а ее содержание было пересказано на сайте данного института, сообщают эксперты рубрики «Новости Hi-tech» в журнале «Биржевой лидер».
Графен открыли ученые из России Андрей Гейм вместе с Константином Новоселовым. За свое открытие они получили Нобелевскую премию. Материал графен обладает уникальными оптическими, механическими и электрическими свойствами.
Сфера применения графена - создание высокоскоростных компьютеров, дешевых и качественных экранов с плоскими панелями, солнечных батарей, газовых суперчувствительных детекторов, которые способны обнаружить самую маленькую утечку газа.
Материал графен имеет уникальные качества. Это наиболее тонкий материал из всех существующих сегодня – толщина его составляет всего один атомный слой. Однако он обладает чрезвычайной прочностью, учитывая его толщину, он является самым прочным материалом на свете. Он является великолепным проводником тепла и электричества, при этом он прозрачен.
При достаточной простоте своей конструкции удивителен факт существования этого материала в свободном состоянии, что идет наперекор теории. В середине тридцатых годов великие физики Рудольф Пайерлс и Лев Ландау предполагали, что двумерные кристаллы, похожие на графен, не достаточно устойчивы и быстро разрушаются под тепловым воздействием. То есть кристалл графена должен растаять. Однако оказалось, что графен, наоборот, крайне прочен. Тонкий слой углерода обладает волнообразной структурой, и этого довольно для сохранения устойчивости кристалла.
Удивительно, все мы знаем графен, конечно, в несвободной форме. Таким является графитовый стержень в карандаше – он представляет собой много слоев графена, которые удерживаются при помощи электрических сил. Если сделать карандашом очень тонкую линию, тогда в ней могут находиться графеновые прослойки, что часто применяется учеными при исследованиях качеств материалов. Кусочком чистого графита следует осторожно провести по другому материалу, к примеру, оксида кремния, и находят на нем маленькие хлопья графена. Если будет желание, то их можно переложить на другую подложку.
Если добавить в графен атомы кислорода, тогда получится прочный графеноксид.
Сегодня исследование графена переходит в практическую плоскость: не так давно была организована компания под названием Graphene Industries, которая продает графен по цене 28 рублей за каждый квадратный микрометр. Не исключено, очень скоро такой бизнес будет приносить хорошую прибыль.
Хлопья графена, реализуемые компанией, очень малы: их площадь обычно составляет до нескольких тысяч квадратных микрометров. Данный продукт пользуется большой популярностью, к примеру, в сфере современной электроники, так как он является великолепным проводником. Электропроводящий прозрачный устойчивый графен представляет из себя находку для современных плоскопанельных экранов.
Сегодня же графен оказал помощь в создании гибких фотоэлементов.
Устройство, разработанное в университете Массачусетса включает в себя одноатомный слой графена, который покрыт полимерным защитным слоем. На этом слое располагаются нанофиламенты оксида цинка, которые покрыты органическим полимером или квантовыми точками, созданными из сульфида свинца. Графен здесь выступает как прозрачный электрод, свет попадает через него в данное устройство, а квантовые точки работают поглотителями излучения.
Подобные фотоэлементы с такой архитектурой уже создавались раньше, однако вместо графена там, как правило, применялся оксид индия-олова. использование графена взамен неорганического оксида помогло сделать новое устройство гораздо более гибким.
Эффективность функционирования созданного учеными прототипа доходит до 4,2 процентов, это довольно мало в сравнении с обычными кремниевыми фотоэлементами, однако вполне сравнимо с работой экспериментальных подобных устройств.
Раньше исследователи применяли графен для того, чтобы создать полностью углеродный фотоэлемент. Тогда роль светопоглощающего элемента в нем играли углеродные нанотрубки. Тогда эффективность солнечной экспериментальной батареи не была выше одного процента.
