고효율 그래핀 태양전지

그래핀
그래핀은 하나의 원자 두께에 불과한 벌집 모양의 격자에 배열된 탄소 원자 시트로 여러 가지 고유한 전자 및 기계적 특성을 가지고 있습니다. 이것은 전자가 극도로 빠른 속도로 그래핀을 통과하여 저항이 거의 없는 "Dirac" 입자처럼 행동한다는 사실 때문입니다. 그래핀은 또한 디랙 전자로 인해 빛에 투명하며 모든 색상의 빛을 흡수할 수 있습니다.
태양전지
연구원들은 지금까지 그래핀으로 태양전지를 만들었지만 전력 변환 효율은 약 1.9%로 상당히 낮습니다. 그러나 Gainesville에 있는 University of Florida의 연구원들은 소자의 그래핀 층에 유기 도펀트를 추가하여 가장 효율적인 그래핀 기반 태양 전지를 제작하는 데 성공했습니다. 새로운 태양 전지의 전력 변환 효율은 도핑되지 않은 그래핀을 사용하는 전지의 경우 2% 미만인 것에 비해 거의 9%에 이릅니다.
구조
이 셀은 그래핀/실리콘 쇼트키 접합을 만들기 위해 실리콘 웨이퍼 위에 배치된 유기 화합물(트리플루오로메탄설포닐) 아미드 또는 TFSA로 도핑된 그래핀 시트로 만들어집니다. 그래핀을 실리콘으로 옮기면 그래핀 표면에서 최소한의 교란이 발생하므로 인터페이스가 깨끗한 상태로 유지됩니다. 이 영역의 모든 장애가 분리된 전하의 트랩 역할을 하여 수명이 단축되어 효율적으로 수집될 수 없기 때문에 깨끗한 인터페이스가 중요합니다.
작업 중
이러한 광전지 장치는 햇빛에 노출되면 전자-정공 쌍을 생성하여 작동합니다. 그런 다음 전자와 정공은 쇼트키 계면에 의해 분리되고 반대 전하를 띤 그래핀과 실리콘에 접촉된 전극에 의해 수집됩니다. 흐르는 전자와 정공에 의해 생성된 전류는 장치가 전력을 생성할 수 있도록 합니다. TFSA로 그래핀을 도핑하면 그래핀/실리콘 접합에서 전하를 재조정하는 효과가 있는 그래핀의 페르미 준위가 변경됩니다. 이것은 계면을 가로지르는 전기장의 세기를 증가시키고 전자와 정공이 보다 효율적으로 수집되도록 하여 궁극적으로 생성되는 전력의 양을 증가시킵니다.