Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Grafen zwielokrotnia moc światła

ghost666 20 Sty 2015 12:42 9318 0
  • Grafen zwielokrotnia moc światła Czy grafen może zamieniać światło w elektryczność? Naukowcy zaprezentowali niedawno, iż grafen jest w stanie zamienić pojedynczy foton w kilka elektronów, co jest bardzo obiecujące dla technologii fotowoltaicznych w przyszłości.

    Grafen jest materiałem, który skupił na sobie ogromną uwagę środowiska naukowego w ostatnich latach, głównie z uwagi na swoją niebywałą wytrzymałość i lekkość. Jest on wytwarzany poprzez ściąganie pojedynczych warstw z grafitu albo poprzez chemiczne wytwarzanie warstw grafenowych na powierzchni innych materiałów, co czyni go aktualnie dosyć tanim w produkcji. Badania wykazały, iż grafen może być także wykorzystany jako materiał do konstrukcji urządzeń fotowoltaicznych, gdzie ma zamieniać światło w prąd elektryczny. Wykorzystując nowoczesne techniki spektroskopowe, naukowcy z EPFL wraz z współpracownikami, wykazali iż po absorbcji pojedynczego fotonu, materiał ten jest w stanie wygenerować kilka elektronów, które mogą mieć dostatecznie wysoką energię, aby być nośnikami prądu elektrycznego. Artykuł, w którym opisano te pomiary, opublikowany został w prestiżowym czasopiśmie Nano Letters. Jest on dostępny pod adresem: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl503614v..

    Jeżeli chodzi o własności fizyczne, to grafen jest niezwykle fascynującym materiałem, ponieważ jest najlepszym znanym nauce, przewodnikiem prądu w temperaturze pokojowej, o wiele lepszym przykładowo od miedzi, co czyni go idealnym materiałem do konstrukcji ultraszybkich układów scalonych. Dodatkowo wykazano, iż jest on w stanie przewodzić elektryczność po zaabsorbowaniu światła, co jest także nie bez znaczenia dla jego zastosowania w układach fotowoltaicznych. Jednakże do tej pory, możliwości grafenu jako materiału mogącego realizować wydajną konwersję światła na energię elektryczną, nie były dogłębnie zrozumiane i przebadane.

    Badanie zjawisk w grafenie jest sporym wyzwaniem, gdyż dzieją się one w bardzo krótkim czasie, w skali femtosekundowej (10^-15 sekundy), zbyt szybko dla konwencjonalnych metod detekcji elektronów. Aby pokonać tę trudność Jens Christian Johannsen z laboratorium Marco Grioniego w EPFL wraz z współpracownikami z Uniwersytetu w Aarhus i ELETTRA we Włoszech, wykorzystali wyrafinowaną technikę nazywaną "ultraszybką spektroskopią fotoemisyjną z analizą czasową i kątową" - w skrócie trARPES. Eksperymenty przeprowadzono w znanym na całym świecie Laboratorium Rutherford Appleton w Oxfordzie.

    W zastosowanej metodzie pomiarowej niewielka próbka grafenu umieszczana jest w komorze z wysoką próżnią. Następnie grafen bombardowany jest ultraszybkimi impulsami "pompującymi" przy pomocy lasera. Impulsy te mają za zadanie wzbudzić elektrony w grafenie, przenosząc je do wyższego stanu energetycznego, w którym są one w stanie być nośnikami prądu elektrycznego. W czasie gdy elektrony w próbce znajdują się w wyższym stanie energetycznym, jest ona oświetlana jest opóźnionym, względem impulsu pompującego, impulsem próbkującym, który pozwala niejako na zrobienie 'zdjęcia' poziomów energetycznych, na których znajduje się, w danym momencie, każdy z elektronów w próbce. Następnie sekwencja czynności powtarzana jest dla innej chwili czasowej, definiowanej za pomocą opóźnienia pomiędzy impulsami - pompującym i próbkującym. Pozwala to na wytworzenie poklatkowej 'animacji', która może pokazującej dynamikę zmian energii elektronów w grafenie.





    Jeden foton, wiele elektronów

    Do eksperymentu naukowcy wykorzystali grafen domieszkowany metodami chemicznymi. Domieszkowanie oznacza dodanie albo odjęcie elektronów z puli wszystkich jakie znajdują się już w materiale domieszkowanym. Pomiary wykazały, że jeżeli domieszkowany grafen zaabsorbuje foton, to jest on w stanie wygenerować kilka elektronów. Ich ilość jest zależna od stopnia domieszkowania. Foton zaabsorbowany przez próbkę wzbudza elektron, który szybko spada z wyższego poziomu energetycznego na poziom podstawowy, ale robiąc to wzbudza, przy okazji, kolejne dwa elektrony. "Wskazuje to na fakt, że możliwe jest wykorzystanie grafenu jako materiału do konstrukcji wysokoefektywnych systemów konwersji światła na prąd elektryczny" tłumaczy Marco Grioni, szef zespołu wykonującego eksperyment.

    Naukowcom udało się dokonać pierwszej bezpośredniej obserwacji procesu multiplikacji nośników po absorpcji fotonu. Eksperyment ten potwierdza, że grafen jest obiecującym materiałem, jeśli chodzi o systemy fotowoltaiczne. Dzięki własnościom grafenu, nowe systemy fotowoltaiczne wytworzone przy użyciu tego alotropu węgla, mogłyby zbierać światło słoneczne w całym jego widmie, przy mniejszych stratach energii niż dzisiejsze systemy.

    Dzięki zebranemu przy tych eksperymentach doświadczeniu i nowatorskiej technice pomiarowej jaką jest trARPES, naukowcy planują obserwację podobnych efektów w innych dwuwymiarowych materiałach, takich jak na przykład dwusiarczek molibdenu - materiał, który znalazł się obecnie w centrum zainteresowania z powodu swoich niezwykłych własności elektrycznych i katalitycznych.

    Źródło:

    http://phys.org/news/2015-01-graphene-power.html#jCp


    Fajne! Ranking DIY