¿Podría el grafeno convertir la luz en electricidad? Los científicos han demostrado que el grafeno puede convertir un solo fotón en múltiples electrones, mostrando mucha promesa para los dispositivos fotovoltaicos futuros.

El grafeno es un material que ha ganado una enorme popularidad en los últimos años. por su extraordinaria resistencia y ligereza. Puede generarse literalmente despegándolo del grafito, o haciéndolo crecer sobre varios materiales, lo que hace que su producción sea rentable. Los estudios han insinuado que el grafeno también se puede utilizar como material fotovoltaico, convirtiendo la luz en electricidad. Utilizando un método espectroscópico de vanguardia, Los científicos de EPFL y colaboradores han demostrado que al absorber un solo fotón, el grafeno puede generar múltiples electrones que tienen suficiente energía para impulsar una corriente eléctrica. El trabajo está publicado en Nano letras .

El grafeno es fascinante en términos de física fundamental, porque es mejor para conducir electricidad a temperatura ambiente que p. ej. cobre, lo que lo hace ideal para circuitos ultrarrápidos. Además, Se ha demostrado que el grafeno conduce la electricidad después de absorber la luz. lo que significa que también podría usarse en dispositivos fotovoltaicos. Pero hasta ahora El potencial del grafeno para la conversión eficiente de luz en electricidad no se entendió bien.

Esta es una tarea desafiante ya que esta conversión se lleva a cabo en una escala de femto-segundo (10-15 segundos; una cuadrillonésima parte de un segundo), demasiado rápido para que las técnicas convencionales detecten el movimiento de los electrones. Para superar este obstáculo, Jens Christian Johannsen del laboratorio de Marco Grioni en EPFL, con colegas de la Universidad de Aarhus y ELETTRA en Italia, empleó una técnica sofisticada llamada "espectroscopía de fotoemisión ultrarrápida de tiempo y resolución de ángulo" (TRARPES). Los experimentos se llevaron a cabo en el mundialmente conocido laboratorio Rutherford Appleton en Oxford.

Con este método, Se coloca una pequeña muestra de grafeno en una cámara de vacío ultra alto. Luego, el grafeno es golpeado con un pulso ultrarrápido de luz láser. Esto excita los electrones en el grafeno, "elevándolos" a estados de mayor energía donde realmente pueden conducir una corriente eléctrica. Mientras los electrones están en esos estados, la muestra de grafeno recibe un retardo de tiempo, Pulso de 'sonda' que literalmente toma una instantánea de la energía que tiene cada electrón en ese momento. La secuencia se repite rápidamente para diferentes puntos de tiempo, como una película stop-motion, y captura la dinámica de los electrones en una secuencia de acción real.

Un fotón muchos electrones

Los científicos utilizaron muestras "dopadas" de grafeno, lo que significa que le añadieron o restaron electrones por medios químicos. El experimento reveló que, cuando el grafeno dopado absorbe un solo fotón, esto puede excitar varios electrones y hacerlo proporcionalmente al grado de dopaje. El fotón excita un electrón, que luego "cae" rápidamente a su estado básico de energía. Mientras lo hace, la "caída" excita dos electrones más en promedio como efecto dominó. "Esto indica que un dispositivo fotovoltaico que utilice grafeno dopado podría mostrar una eficiencia significativa en la conversión de luz en electricidad", dice Marco Grioni.

Los científicos han realizado la primera observación directa del efecto de multiplicación de fotones y electrones del grafeno, lo que hace que el material sea un componente muy prometedor para cualquier dispositivo que dependa de convertir la luz en electricidad. Por ejemplo, Los nuevos dispositivos fotovoltaicos que utilizan grafeno podrían recolectar energía luminosa en todo el espectro solar con una pérdida de energía menor que los sistemas actuales.

Aprovechando su tecnología de vanguardia y su éxito experimental, los científicos ahora planean explorar efectos similares en otros materiales bidimensionales, como el bisulfuro de molibdeno (MoS ₂ ), un material que ya está en el candelero por sus notables propiedades electrónicas y catalíticas.