Fotovoltaik Grafena Organik: Bahan Fleksibel Hanya Sedikit Atom Tebal Mei

A University of Southern California team has produced flexible transparent carbon atom films that the researchers say have great potential for a new breed of solar cells.

"Organik photovoltaic (OPV) sel telah diusulkan sebagai sarana untuk mencapai biaya energi rendah karena kemudahan pembuatan, ringan, dan kompatibilitas dengan substrat yang fleksibel," tulis Chongwu Zhou, seorang profesor teknik listrik di USC Viterbi Sekolah Rekayasa, di dalam makalah baru-baru ini diterbitkan dalam jurnal ACS Nano.


Teknik yang dijelaskan dalam artikel menjelaskan kemajuan desain novel sel OPV yang mempunyai keuntungan signifikan, terutama di bidang fleksibilitas fisik.

Aspek penting dari setiap perangkat elektronik OPV-foto adalah konduktif elektroda transparan melalui mana cahaya dapat pasangan dengan bahan aktif untuk menciptakan listrik. Pekerjaan baru menunjukkan bahwa graphene, sebuah bentuk yang sangat konduktif dan sangat transparan karbon terdiri dari lembaran atom-atom karbon yang tebal, memiliki potensi yang tinggi untuk mengisi peranan ini.

Sementara keberadaan graphene telah dikenal selama puluhan tahun, itu hanya dipelajari secara ekstensif sejak tahun 2004 karena kesulitan manufaktur dalam kualitas tinggi dan dalam kuantitas.

Laboratorium Zhou melaporkan produksi skala besar film graphene oleh deposisi uap kimia tiga tahun lalu. Dalam proses ini, tim teknik USC menciptakan lembaran graphene ultra tipis dengan pertama-tama atom karbon mendepositokan dalam bentuk film graphene di piring nikel dari gas metana.

Lalu mereka menetapkan suatu lapisan pelindung dari plastik termo atas lapisan graphene, dan kemudian melarutkan nikel di bawahnya dalam bak asam. Pada tahap akhir mereka memasang graphene plastik-dilindungi untuk lembaran polimer yang sangat fleksibel, yang kemudian dapat dimasukkan ke dalam sel OPV.

Tim USC telah menghasilkan graphene / lembaran polimer berkisar di ukuran hingga 150 cm persegi yang pada gilirannya dapat digunakan untuk membuat array padat sel OPV fleksibel.

Perangkat ini OPV mengkonversi radiasi matahari untuk listrik, tapi tidak seefisien sel silikon. Kekuatan yang diberikan oleh sinar matahari pada hari yang cerah sekitar 1000 watt per meter persegi. "Untuk setiap 1.000 watt cahaya matahari yang hits area satu meter persegi standar silicon solar cell, 14 watt listrik akan dihasilkan," kata Lewis Gomez De Arco, seorang mahasiswa doktor dan anggota tim yang membangun OPVs graphene . "Sel surya organik kurang efisien; tingkat konversi mereka untuk itu seribu watt yang sama sinar matahari pada sel surya berbasis graphene akan hanya 1,3 watt."

Tapi apa OPVs graphene kurangnya efisiensi, mereka dapat berpotensi lebih dari membuat untuk harga yang lebih rendah dan, fleksibilitas fisik yang lebih besar. Gomez De Arco berpikir bahwa mungkin akhirnya akan dimungkinkan untuk menjalankan mesin cetak petelur daerah yang luas ditutupi dengan sel surya yang murah, seperti menekan koran cetak koran.

"Mereka bisa digantung sebagai tirai di rumah atau bahkan dibuat menjadi kain dan dipakai sebagai pembangkit listrik pakaian saya bisa. Membayangkan orang powering telepon selular mereka atau musik / perangkat video saat jogging di bawah sinar matahari," katanya.

Para peneliti mengatakan OPVs graphene USC akan kemajuan besar dalam setidaknya satu kawasan penting di desain OPV saingan, yang didasarkan pada Indium-Tin-Oksida (ITO). Dalam tes tim USC, sel ITO gagal pada sudut yang sangat kecil lentur, sedangkan sel graphene berbasis tetap operasi setelah berulang-ulang membungkuk pada sudut tegangan jauh lebih besar. Hal ini akan memberikan sel surya graphene keuntungan memutuskan dalam beberapa penggunaan, termasuk aplikasi dicetak-on-kain yang diusulkan oleh tim USC.

Zhou dan para peneliti lainnya di tim USC - termasuk Yi Zhang, Cody W. Schlenker, Koungmin Ryu, dan Mark E. Thompson selain Gomez de Arco - sangat gembira dengan potensi teknologi ini.

kertas mereka menyimpulkan bahwa pendekatan mereka merupakan kemajuan yang signifikan terhadap produksi konduktif elektroda transparan dalam sel surya. "Graphene CVD memenuhi kriteria yang paling penting dari kelimpahan, biaya rendah, konduktivitas, stabilitas, elektroda / kompatibilitas film organik, dan fleksibilitas yang diperlukan untuk menggantikan ITO di photovoltaics organik, yang mungkin memiliki implikasi penting bagi masa depan optoelektronik organik."