(Phys.org) - Aprovechando las favorables propiedades eléctricas y ópticas del grafeno, y luego agregar un dopante orgánico, Los investigadores han logrado la mayor eficiencia de conversión de energía hasta ahora para una célula solar basada en grafeno. La eficiencia de conversión de energía del 1,9% de los dispositivos no dopados aumenta en más de cuatro veces hasta el 8,6% después del dopaje.

Los investigadores, dirigido por Sefaattin Tongay y Arthur F. Hebard en la Universidad de Florida en Gainesville, han publicado su estudio sobre las células solares de grafeno de alta eficiencia en un número reciente de Nano letras .

"Aquí, no solo hemos aprovechado la hermosa transparencia óptica del grafeno, pero también hemos reducido la resistencia eléctrica del grafeno ajustando el nivel de grafeno de Fermi usando una capa de recubrimiento orgánica barata y ambientalmente estable, Tongay dijo Phys.org . "Durante este paso, La naturaleza nos favoreció al producir una mayor rectificación y campo eléctrico en la interfaz, mejorando aún más la eficiencia de la célula solar ".

En las nuevas células solares, una sola capa de grafeno colocada encima de una oblea de silicio sirve como unión Schottky, el componente principal de los dispositivos fotovoltaicos simples llamados células solares de unión Schottky.

Bajo iluminación Los pares de electrones y huecos se fotogeneran en el silicio. Los electrones y huecos fotogenerados están separados por el potencial eléctrico incorporado de la unión Schottky y recogidos por los contactos de grafeno y semiconductores de carga opuesta. Este flujo de corriente unidireccional (electrones que fluyen en una dirección y huecos en la otra) es una propiedad definitoria de la unión Schottky y permite la generación de energía desde el dispositivo.

Si bien las células solares de unión Schottky basadas en grafeno se han demostrado en el pasado, aquí, los investigadores dieron un paso más y doparon el grafeno con el químico orgánico TFSA utilizando un método simple de fundición por rotación.

El dopaje permitió a los investigadores ajustar el nivel de Fermi del grafeno (una medida de la energía potencial de los electrones), lo que resultó en dos cambios que mejoraron la eficiencia general de las células solares:una reducción en la resistencia del grafeno y un aumento en el potencial incorporado de la célula solar, lo que conduce a una separación más eficiente de los pares de electrones y huecos generados por los fotones absorbidos.

Con su eficiencia del 8,6%, los dispositivos dopados proporcionan una mejora significativa de la eficiencia con respecto a otras células solares de unión Schottky basadas en grafeno, que hasta ahora han demostrado eficiencias de conversión de energía que oscilan entre el 0,1% y el 2,86%.

En comparación con las células solares de unión Schottky que utilizan óxido de indio y estaño, los que usan grafeno tienen varias ventajas. Por ejemplo, la capacidad de ajustar las propiedades del grafeno permite a los investigadores optimizar la eficiencia de las células solares y utilizar la capa de grafeno en otros semiconductores además del silicio.

Los investigadores esperan que los métodos utilizados aquí, que son simples y escalables, puede conducir a más mejoras en el dispositivo y aplicaciones prácticas en el futuro.

“Esperamos que la eficiencia se pueda mejorar aún más mediante la ingeniería de la interfaz, utilizando diferentes capas de revestimiento orgánico que producen mayores efectos de dopaje, mejorar la calidad del grafeno y el procedimiento de transferencia de grafeno, utilizando capas antirreflejos, y muchos otros métodos conocidos por la comunidad de células solares, ”Dijo Tongay. "Esto es solo el comienzo".

Hebard agregó que nuevos descubrimientos de la física del grafeno deberían conducir a células solares más eficientes y económicas.

“Nuestro aumento de eficiencia de conversión de energía descrito con la simple aplicación de una capa orgánica estable es solo el comienzo, ”Dijo. “El grafeno y sus derivados continúan sorprendiéndonos con propiedades inusuales (fuerza, flexibilidad, barrera de difusión, energía Fermi sintonizable, espectro electrónico lineal, etc). Más avances vendrán con una comprensión más profunda de la física de cómo los fotones entrantes crean de manera eficiente electrones y agujeros, que luego se separan y recopilan en nuestra configuración descrita. Este conocimiento debería ser aplicable para encontrar sustratos alternativos al silicio (me vienen a la mente los orgánicos y los polímeros), que son menos costosos y se pueden aplicar a grandes áreas.

“Está claro que la investigación sobre el grafeno y sus derivados ya está a la luz del sol; esperamos que nuestro trabajo en las células solares lo mantenga allí ".

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