Dr Marc Gluba och professor Dr Norbert Nickel från HZB Institute for Silicon Photovoltaics har visat att grafen behåller sina imponerande egenskaper när det beläggs med en tunn kiselfilm. Dessa fynd har banat väg för helt nya möjligheter att använda i tunnfilmssolceller.

Grafen har extrem ledningsförmåga och är helt transparent samtidigt som det är billigt och giftfritt. Detta gör det till ett perfekt kandidatmaterial för transparenta kontaktlager för användning i solceller för att leda elektricitet utan att minska mängden inkommande ljus – åtminstone i teorin. Huruvida detta stämmer eller inte i en verklig miljö är tveksamt eftersom det inte finns något sådant som "ideal" grafen - ett fritt flytande, platt bikakestruktur bestående av ett enda lager av kolatomer:interaktioner med intilliggande lager kan förändra grafens egenskaper dramatiskt.

"Vi undersökte hur grafens ledande egenskaper förändras om det införlivas i en stapel av lager som liknar en kiselbaserad tunnfilmssolcell och blev förvånade över att finna att dessa egenskaper faktiskt förändras väldigt lite, " förklarar Marc Gluba. För detta ändamål, de odlade grafen på en tunn kopparplåt, sedan överförde det till ett glassubstrat, och slutligen belade den med en tunn film av kisel. De undersökte två olika versioner som vanligtvis används i konventionell tunnfilmsteknik av kisel:ett prov innehöll ett amorft kiselskikt, där kiselatomerna är i ett oordnat tillstånd som liknar ett härdat smält glas; det andra provet innehöll polykristallint kisel för att hjälpa dem att observera effekterna av en standardkristallisationsprocess på grafens egenskaper.

Även om det översta lagrets morfologi förändrades helt som ett resultat av att det värmdes till en temperatur på flera hundra grader C, grafenen är fortfarande detekterbar. "Det är något vi inte förväntade oss att hitta, men våra resultat visar att grafen förblir grafen även om den är belagd med kisel, säger Norbert Nickel.

Deras mätningar av bärarrörlighet med hjälp av Hall-effekten visade att rörligheten för laddningsbärare i det inbäddade grafenskiktet är ungefär 30 gånger större än för konventionella zinkoxidbaserade kontaktskikt. Säger Gluba:"Vissligen, det har varit en riktig utmaning att koppla ihop detta tunna kontaktskikt, som bara är ett atomlager tjockt, till externa kontakter. Vi måste fortfarande arbeta med det." Tillägger Nickel:"Våra tunnfilmsteknikkollegor spetsar redan öronen och vill införliva det." Forskarna fick sina mätningar på prover på en kvadratcentimeter, även om det i praktiken är möjligt att belägga mycket större ytor än med grafen.

Detta arbete publicerades nyligen i Bokstäver i tillämpad fysik Vol. 103, 073102 (2013).