Cellules solaires au graphène à haute efficacité

Graphène
Le graphène est une feuille d'atomes de carbone disposés en un réseau en nid d'abeille d'une épaisseur d'un seul atome, possédant un certain nombre de propriétés électroniques et mécaniques uniques. Cela est dû au fait que les électrons traversent le graphène à des vitesses extrêmement élevées, se comportant comme des particules "Dirac" avec peu de résistance. Le graphène est également transparent à la lumière en raison de ses électrons de Dirac et peut absorber la lumière de n'importe quelle couleur.
Cellules solaires
Les chercheurs ont jusqu'à présent fabriqué des cellules solaires à partir de graphène, mais le rendement de conversion de puissance est assez faible, autour de 1,9%. Mais des chercheurs de l'Université de Floride à Gainesville ont réussi à fabriquer les cellules solaires à base de graphène les plus efficaces jamais créées en ajoutant un dopant organique à la couche de graphène des appareils. L'efficacité de conversion de puissance des nouvelles cellules solaires atteint près de 9 %, contre un peu moins de 2 % pour les cellules qui utilisent du graphène non dopé.
Structure
Ces cellules sont constituées d'une feuille de graphène dopé avec le composé organique (trifluorométhanesulfonyl) amide, ou TFSA, placé au sommet d'une plaquette de silicium pour faire une jonction Schottky graphène/silicium. Le transfert de graphène sur du silicium provoque une perturbation minimale à la surface du graphène et, par conséquent, l'interface reste vierge. Une interface propre est importante car tout désordre dans cette zone agit comme un piège pour les charges séparées, réduisant ainsi leur durée de vie, ce qui signifie qu'elles ne peuvent pas être collectées aussi efficacement.
Travail
De tels dispositifs photovoltaïques fonctionnent en produisant des paires électron-trou lorsqu'ils sont exposés à la lumière du soleil. Les électrons et les trous sont ensuite séparés par l'interface Schotky et collectés par des électrodes mises en contact sur le graphène et le silicium de charges opposées. Le courant produit par les électrons et les trous qui circulent permet à l'appareil de générer de l'énergie.
Le dopage du graphène avec le TFSA modifie le niveau de Fermi du graphène ce qui a pour effet de réajuster les charges à la jonction graphène/silicium. Cela augmente la force du champ électrique à travers l'interface et permet aux électrons et aux trous d'être collectés plus efficacement, conduisant finalement à une augmentation de la quantité d'énergie générée.