Ett team i University of Southern California har tagit fram flexibla transparenta kolatomfilmer som forskarna säger har stor potential för en ny ras av solceller.

"Organiska fotovoltaiska (OPV) celler har föreslagits som ett sätt att uppnå låg kostnadsenergi på grund av deras enkla tillverkning, lättvikt, och kompatibilitet med flexibla underlag, "skrev Chongwu Zhou, professor i elektroteknik vid USC Viterbi School of Engineering, i en tidning som nyligen publicerats i tidningen ACS Nano .

Tekniken som beskrivs i artikeln beskriver framsteg mot en ny OPV -celldesign som har betydande fördelar, särskilt när det gäller fysisk flexibilitet.

En kritisk aspekt av alla OPV fotoelektroniska enheter är en transparent ledande elektrod genom vilken ljus kan kopplas ihop med aktiva material för att skapa elektricitet. Det nya verket indikerar att grafen, en mycket ledande och mycket transparent form av kol som består av atomtjocka ark med kolatomer, har stor potential att fylla denna roll.

Medan grafens existens har varit känd i årtionden, den har bara studerats ingående sedan 2004 på grund av svårigheten att tillverka den i hög kvalitet och kvantitet.

Zhou -labbet rapporterade storskalig produktion av grafenfilmer genom kemisk ångavsättning för tre år sedan. I denna process, USC -teknikteamet skapar ultratunna grafenark genom att först avsätta kolatomer i form av grafenfilmer på en nickelplatta från metangas.

Sedan lägger de ner ett skyddande lager av termoplast över grafenskiktet, och lös sedan nickeln under i ett syrabad. I det sista steget fäster de den plastskyddade grafenen till ett mycket flexibelt polymerark, som sedan kan införlivas i en OPV -cell. (se diagram)

USC -teamet har producerat grafen/polymerark i storlekar upp till 150 kvadratcentimeter som i sin tur kan användas för att skapa täta matriser med flexibla OPV -celler.

Dessa OPV -enheter omvandlar solstrålning till elektricitet, men inte lika effektivt som kiselceller. Strömmen från solljus på en solig dag är cirka 1000 watt per kvadratmeter. "För varje 1000 watt solljus som träffar ett område på en kvadratmeter av den vanliga kiselsolcellen, 14 watt el kommer att genereras, "säger Lewis Gomez De Arco, en doktorand och en medlem i teamet som byggde grafen -OPV:erna. "Organiska solceller är mindre effektiva; deras omvandlingsfrekvens för samma tusen watt solljus i den grafenbaserade solcellen skulle bara vara 1,3 watt."

Men vilken grafen OPV saknar effektivitet, de kan potentiellt mer än göra för ett lägre pris och, större fysisk flexibilitet. Gomez De Arco tror att det så småningom kan bli möjligt att köra tryckpressar där stora områden är täckta med billiga solceller, ungefär som tidningspressar trycker tidningar.

"De kan hängas som gardiner i hem eller till och med gjorda i tyg och bäras som kraftgenererande kläder. Jag kan tänka mig att folk driver sin mobiltelefon eller musik/videoapparat medan de joggar i solen, " han sa.

USC -forskarna säger att grafen OPV skulle vara ett stort framsteg inom minst ett avgörande område jämfört med en konkurrerande OPV -design, en baserad på Indium-Tin-Oxide (ITO). I USC -teamets tester, ITO -celler misslyckades vid en mycket liten böjningsvinkel, medan de grafenbaserade cellerna förblev operativa efter upprepad böjning vid mycket större spänningsvinklar. Detta skulle ge grafensolcellerna en avgjort fördel vid vissa användningsområden, inklusive de tryckta på tygapplikationer som föreslagits av USC-teamet.

Zhou och de andra forskarna i USC -teamet - som inkluderade Yi Zhang, Cody W. Schlenker, Koungmin Ryu, och Mark E. Thompson förutom Gomez de Arco - är glada över potentialen för denna teknik.

Deras papper drar slutsatsen att deras tillvägagångssätt utgör ett betydande framsteg mot produktionen av transparenta ledande elektroder i solceller. "CVD -grafen uppfyller de viktigaste kriterierna för överflöd, låg kostnad, ledningsförmåga, stabilitet, elektrod/organisk filmkompatibilitet, och flexibilitet som är nödvändig för att ersätta ITO i organisk solceller, vilket kan ha viktiga konsekvenser för framtida organiska optoelektroniska enheter. "