Güneş hücrelerinde veya esnek ekranlarda kullanılma potansiyeli bulunan grafen düzlemler
Daha önceki “Yüksek Hızlı Optik İletişim İçin Grafen Fotodedektörler” başlıklı çalışmamızda, etkili performansıyla ve çalışma dalgaboyu aralığı genişlemesiyle fotonik aygıtlarda silikon için yerine konulabilecek başka malzemelerin kullanılabileceği ve bunlardan biri olarak da grafenin nasıl kullanıldığını açıklamaya çalışmıştık. Başka bir alanda da grafen, potansiyeli ile silikonun yerini alabilir ve güneş hücrelerinde ışık absorblayan olarak büyük bir etkiye sahip olabilir. Fotovoltaik uygulamalar için çok ilgi çekici özelliklere -akort edilebilir band aralığı ve geniş optik emicilik- sahip grafenin iyi bilinmesine karşın bu avantajlardan güneş hücrelerinde yük toplama için kullanışlı -boyutu kontrol edilebilen, yeterince büyük, kararlı ve işlenebilir-çözüm üretimi problemlerinden dolayı şimdiye kadar faydanılmadı.
Grafen kuantum noktalar, burada üretim problemlerine bir çözüm sağlayabilir. Araştırmacılar şimdi, çözelti kimyası sayesinde değişmeyen boyut ile siyah grafen kuantum noktalar,işlenebilir-çözüm sentezi onlara uygun, iyi geliştirilen karbon kimyası ile kombine bir üretim tekniği geliştirdiler. Onlar burada grafen kuantum noktaları, güneş hücreleri için duyarlayıcılar olarak kullandılar.
Araştırmacılar zaten ITO yerine güneş hücrelerinde elektrod malzemesi olarak grafeni kullanmışlardı. Bu yeni çalışma tarafından açılan ilgi çekici bir yön ise, güneş hücrelerinin bileşenlerinin teker teker karbon malzemeleri ile oluşturulmaya başlanmasıdır ki bu sadece karbondan yapılan güneş hücrelerinin mümkün hâle gelmesi anlamına geliyor demektir.
Bu metod ile Li ve onun ekibi Nano Letters’ın son yayınında ayrı ayrı boyuttaki çok küçük moleküllerden grafen düzlemlerin yapılabileceğini belirttiler (“Large, Solution-Processable Graphene Quantum Dots as Light Absorbers for Photovoltaics”).
“Bizim bilgilerimize göre, aşağıdan yukarıya yaklaşımı ile yapılan en büyük kararlı grafen düzlemdir buradaki” dedi Li.
Geniş grafen nanoyapılar ile çözünmez agrega madde oluşma eğiliminin indirgenmesine, Li ve onun ekibi tüm üç boyutlu olarak onları birbiriyle çevreleyen grafen kalkanlarla strateji geliştirdiler.
Hegzagonal karbon halkadan oluşan yan grupta üç uzun hidrojen ve karbondan yapılan dikenli kuyruk vardır. Grafen düzlem değişmez olduğundan yangrup halkası grafen düzlemine yaklaşık 90 derece döndürücü kuvvet etki eder. Üç dikenli kuyruğun kırbacı serbesttir, ama onların ikisi, grafen düzlemin kapanmasına hizmet ederler.Kuyrukları bir kafes gibi, ancak hareket yok. Ayrıca onlar tüm yapıyı çözebilir bir organik çözücü için kulp olarak görev yapabilirler. Li ve çalışma arkadaşları, çözücünün her 30 mL’si başına 30 mg çözebilir.
Onların grafen ışık alıcı etkinliği testi için bilim insanları elektron alıcı olarak titanyum oksiti ilkel güneş hücreleri yapımında kullandılar. Onlar santimetrekare başına 200 mikroamper akım yoğunluğu ve 0.48 volt açık devre voltajını elde etmeyi başardılar. Grafen düzlemler, 591 nm’de meydana gelen emme piki ile 200 nm’den 900 nm aralığındaki görülebilir-yakın-infrared aralığında ışığın önemli miktarını absorbe etti.
Son olarak Li çalışmalarının önemi ile ilgili şunları aktardı, “Bizim fabrikasyon tekniğimiz fotovoltaikler için grafenlerin elektronik ve optik özelliklerini ayarlamak için heyecan verici fırsatlar sunuyor. Bununla birlikte grafen nanoyapılarındaki eğrilerin kimyasal ve geometrik doğası, grafen nanoyapıların elektronik ve manyetik özelliklerinin tanımlanmasında başlıca rol oynadığını teorik ve deneysel çalışmaların her ikisi de gösterir. Çözelti kimyası yaklaşımı moleküler seviyede yapısal kontrol ile kararlı grafenler için bu teorik tahminlerin testini sağlamaktadır.”
Hazırlayan: Gökhan Atmaca | KuarkMNB
Kaynak: http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=15796.php
