Дата публикации: 09 июня 2020 г.

В MIT разработали прозрачные графеновые электроды, благодаря которым могут быть созданы солнечные батареи нового поколения

Новый способ изготовления больших листов высококачественного атомно-тонкого графена может привести к созданию сверхлегких гибких солнечных элементов, а также новых классов светоизлучающих устройств и другой тонкопленочной электроники.

Новый производственный процесс, который был разработан в Массачусетском технологическом институте (Massachusetts Institute of Technology, MIT) и должен быть относительно легко масштабируемым для промышленного производства, включает промежуточный «буферный» слой материала, который является ключом к успеху технологии. Буфер позволяет ультратонкому графеновому листу толщиной менее нанометра (миллиардной доли метра) легко отрываться от своей подложки, что обеспечивает быстрое производство рулонов.

Этот процесс подробно описан в статье, опубликованной 4 июня в журнале  Advanced Functional Materials, авторы которой постдоки Джованни Азцеллино (Giovanni Azzellino) и Махди Таваколи (Mahdi Tavakoli); профессоры Цзин Конг (Jing Kong), Томас Паласиос (Tomas Palacios) и Маркус Бюлер (Markus Buehler) и пять других авторов из MIT.

Поиск способов изготовления тонких прозрачных электродов большой площади, стабильных на открытом воздухе, в последние годы стал основной задачей для тонкопленочной электроники для различных применений в оптоэлектронных устройствах – в вещах, которые либо излучают свет, например, на компьютере и экране смартфона, либо собирают его, как солнечные батареи. 

 Многие исследовательские группы работали над поиском замены для ITO это оксид индия-олова (Indium tin oxide или сокращённо ITO), уделяя основное внимание как органическим, так и неорганическим материалам-кандидатам. Графен, форма чистого углерода, атомы которого расположены в виде плоской гексагональной матрицы, обладает чрезвычайно хорошими электрическими и механическими свойствами, но при этом он чрезвычайно тонкий, физически гибкий и изготовлен из недорогого материала. 

По словам Д. Аззелино: «Теперь мы можем надежно изготавливать графеновые листы большой площади, переносить их на любую подложку, какую мы хотим, и способ их переноса не влияет на электрические и механические свойства первичного графена».

Ключом является буферный слой, изготовленный из полимерного материала, называемого париленом, который на атомном уровне соответствует листам графена, на которых он размещен. Как и графен, парилен вырабатывается CVD, что упрощает производственный процесс и масштабируемость.

В качестве демонстрации этой технологии команда создала проверенные на практике солнечные элементы, используя тонкопленочный полимерный материал для солнечных батарей, а также недавно сформированный слой графена для одного из двух электродов элемента и слой парилена, который также служит в качестве подложки устройства. Они измерили коэффициент пропускания света, близкий к 90 процентам, для пленки графена в видимом свете.

Прототипированные солнечные элементы на основе графена улучшают примерно в 36 раз мощность на единицу веса по сравнению с современными устройствами на основе ITO. Он также использует 1/200 количества материала на единицу площади для прозрачного электрода. И есть еще одно фундаментальное преимущество по сравнению с ITO: «Графен поставляется практически бесплатно», - говорит Аззеллино.

«Сверхлегкие устройства на основе графена могут проложить путь к новому поколению приложений», - говорит он. «Так что, если вы думаете о портативных устройствах, мощность на вес становится очень важной. Что если бы мы могли установить на планшет прозрачный солнечный элемент, способный включить сам планшет?» Хотя потребуется дальнейшее развитие, такие приложения в конечном итоге должны быть осуществимы благодаря этому новому методу.

Источник: news.mit.edu

Гасанбекова Л. А. Оценка эффективности финансово-хозяйственной деятельности государственных унитарных предприятий Практическое пособие / Л. А. Гасанбекова, В. И. Никитина, Б. В. Сошников; под общ. науч. ред. канд. экон. наук О. А. Коробко. – М.: ФГБНУ «Аналитический центр» Минобрнауки России, 2019. – 49 с. (ISBN 978-5-904670-54-2). Доступна электронная версия печатного издания.

Вопросы контроля хозяйственной деятельности и финансового аудита, национальной безопасности, системного анализа и управления Сборник материалов III Всеросс. науч.-практ. конф., г. Москва, 29 декабря 2017. – М.: ФГБНУ «Аналитический центр» Минобрнауки России, 2018. – 200 с. (ISBN 978-5-904670-53-5). Доступна электронная версия печатного издания.

открыть полный список изданий Центра →