(Phys.org) - Queda mucho por aprender sobre las fronteras de la investigación de la energía solar, particularmente cuando se trata de nuevos materiales avanzados que podrían cambiar la forma en que aprovechamos la energía.

Bajo la dirección de la Cátedra de Investigación de Canadá en Ciencia de Materiales con Radiación de Sincrotrón, Dr. Alexander Moewes, El investigador de la Universidad de Saskatchewan, Adrian Hunt, dedicó su doctorado a investigar el óxido de grafeno, un material de vanguardia que espera que dé forma al futuro de la tecnología.

Para entender el óxido de grafeno, es mejor empezar con grafeno puro, que es una hoja de átomos de carbono de una sola capa en una celosía de panal que fue hecha por primera vez en 2004 por Andre Geim y Kostya Novoselov en la Universidad de Manchester, un descubrimiento que les valió a los dos físicos un Premio Nobel en 2010.

"Es increíblemente delgado, por lo tanto, es increíblemente transparente. También tiene una conductividad extremadamente alta, es mucho mejor que el cobre, y es extremadamente fuerte su resistencia a la tracción es incluso más fuerte que el acero, "Dijo Hunt.

"El aire no lo daña. No se puede corroer, no se puede degradar. Es realmente estable ".

Todo esto hace que el grafeno sea un gran candidato para las células solares. En particular, su transparencia y conductividad significan que resuelve dos problemas de las células solares:primero, la luz necesita un buen conductor para convertirse en energía utilizable; en segundo lugar, la celda también tiene que ser transparente para que pase la luz.

La mayoría de las células solares del mercado utilizan óxido de indio y estaño con una capa protectora de vidrio no conductor para satisfacer sus necesidades.

"El indio es extremadamente raro, por lo que es cada vez más caro. Es el factor que hará que las células solares sigan siendo caras en el futuro, mientras que el grafeno podría ser muy barato. El carbono es abundante, "dijo Hunt.

Aunque el grafeno es un gran conductor, no es muy bueno para recolectar la corriente eléctrica producida dentro de la celda solar, es por eso que investigadores como Hunt están investigando formas de modificar el grafeno para hacerlo más útil.

Óxido de grafeno, el enfoque del trabajo de doctorado de Hunt, tiene oxígeno forzado a la red de carbono, lo que lo hace mucho menos conductor pero más transparente y un mejor colector de carga. Aún está por verse si resolverá o no el problema del panel solar, y los investigadores en el campo están mejorando su comprensión de cómo funciona el nuevo material.

Usando técnicas de dispersión de rayos X en las líneas de luz REIXS y SGM en la fuente de luz canadiense, así como un Beamline 8.0.1 en la fuente de luz avanzada, Hunt se propuso aprender más sobre cómo los grupos de óxido unidos a la red de grafeno lo cambiaron, y cómo, en particular, interactuaron con átomos de grafeno portadores de carga.

"El óxido de grafeno es bastante caótico. No se obtiene una estructura simple y agradable que se pueda modelar con mucha facilidad, pero quería modelar el óxido de grafeno y comprender la interacción de estas partes ".

Los modelos anteriores le habían parecido simplistas a Hunt, y quería un modelo que reflejara la verdadera complejidad del óxido de grafeno.

Cada parte diferente del óxido de grafeno tiene una firma electrónica única. Usando el sincrotrón, Hunt pudo medir dónde estaban los electrones en el grafeno, y cómo los diferentes grupos de óxido modificaron eso.

Mostró que los modelos anteriores eran incorrectos, que espera ayude a mejorar la comprensión de los efectos de pequeños cambios en la oxidación.

Es más, estudió cómo se desintegra el óxido de grafeno. Algunos de los grupos de óxido no son estables, y pueden agruparse para romper la celosía; otros pueden reaccionar para producir agua. Si el dispositivo de óxido de grafeno tiene agua, y se calienta, el agua puede quemar el óxido de grafeno y producir dióxido de carbono. Es un error que podría ser importante comprender en el desarrollo de células solares duraderas. donde el sol podría proporcionar calor riesgoso en la ecuación.

Más investigaciones como esta serán la clave para aprovechar el grafeno para la energía solar, como explica Hunt.

"Existe esta complicada cadena de interacciones que pueden ocurrir con el tiempo, y cada uno de esos pasos debe abordarse y categorizarse antes de que podamos lograr un progreso real ".