Исследователи из Ciemat и Института оптоэлектронных систем и микротехнологий (ISOM) Мадридского политехнического института работают над проектом, целью которого является внедрение графена с использованием его превосходных свойств в существующие устройства производства энергии, связанные с возобновляемыми источниками энергии, и созданием более эффективных фотоэлектрических элементов.
Одной из проблем, стоящих перед современным обществом, является разработка новых технологий, позволяющих производить и хранить энергию безопасным, устойчивым и чистым способом. Производство электроэнергии вызывает большую социально-экономическую дискуссию, которая усугубляется огромным ростом спроса в развивающихся странах. Это приводит к серьезным экологическим проблемам, загрязнению окружающей среды и изменению климата, а также к серьезным экономическим проблемам из-за все более острой нехватки природных ресурсов и продолжающегося роста счетов за электроэнергию. Таким образом, мы сталкиваемся с обществом, сильно зависящим от источников энергии, которое начинает осознавать настоятельную необходимость разработки и использования новых альтернативных источников энергии на устойчивой основе, опасаясь истощения природных ресурсов.
В этом энергетическом сценарии в ближайшие годы ожидается, что фотоэлектрическая технология сыграет решающую роль в борьбе с изменением климата. Сегодня карта фотоэлектрического рынка, в которой доминирует технология кремниевых пластин, демонстрирует сильную тенденцию к более тонким и более дешевым элементам питания. В этом смысле технология кремниевого гетероперехода является потенциальным низкотемпературным решением, поскольку это устройства с отличными характеристиками и низким энергопотреблением в их производстве. Одно из достижений в этой технологии требует разработки новых прозрачных фронтальных электродных архитектур, которые позволяют более эффективно извлекать ток из устройства. В этом смысле использование графена, самого прочного материала, известного в природе, вызывает большой интерес. Считается, что он может быть заменой даже таких важных материалов, как кремний. Ожидания, порожденные этим материалом, огромны, и нет никаких сомнений в том, что он обладает исключительными свойствами, которые в принципе могут представлять собой настоящую технологическую революцию из-за его специфических характеристик.
Проект DIGRAFEN
В соответствии с этими предпосылками блок солнечной фотоэлектрической энергии (UESF) Ciemat в сотрудничестве с отделом химии и блоком электроники, также Ciemat, и Институтом оптоэлектронных систем и микротехнологий (ISOM), принадлежащим мадридскому политехническому университету (UPM), участвует в проекте DIGRAFEN с 2017 года. Одной из целей этого проекта является внедрение графена, используя его отличные свойства, в уже существующие устройства выработки электроэнергии.
В частности, он предназначен для включения этого материала таким образом, чтобы улучшить электронные и оптические свойства фронтальных электродов, тем самым получая более эффективные фотоэлектрические элементы. Этот проект является очень инновационным, поскольку его основное внимание уделяется разработке новых технологий и инженерии обработки графена для использования в устройствах генерации и хранения энергии. В настоящее время UESF в тесном сотрудничестве с ISOM изучает новые архитектуры прозрачных электродов, основанные на включении одного, двух и/или трех слоев атомного графена в соединение с обычным прозрачным проводящим оксидом в различных конфигурациях.
Первые полученные результаты показывают, что оптоэлектронные свойства прозрачного электрода на основе графена резко зависят от порядка, в котором находятся слои атомного графена. Настолько, что значения сопротивления листа 55 ом/кв. м были получены, когда графен помещен в верхней части электрода, и 150 Ом/кв. м, когда графен расположен в задней части электрода (покрыт прозрачным проводящим оксидом).
Что касается его оптических свойств, то было отмечено, что коэффициент пропускания не зависит от положения графена; в то время как сравнение спектральных отражений с графеном, перенесенным сверху, и без него, позволяет определить значительное снижение этого значения, необходимого для устройства, тем самым подтверждая новую архитектуру. Эти электроды будут применены в самом ближайшем будущем на кремниевом гетеропереходном фотоэлектрическом устройстве. Все это направлено на то, чтобы превратить использование одного из наиболее перспективных материалов в реальность, а также способствовать улучшению производства чистой и устойчивой энергии.
