(Phys.org) —Det finns mycket kvar att lära om gränserna för solenergiforskning, särskilt när det gäller nya avancerade material som kan förändra hur vi utnyttjar energi.

Under ledning av Canada Research Chair i materialvetenskap med synkrotronstrålning, Dr Alexander Moewes, University of Saskatchewan -forskaren Adrian Hunt ägnade sin doktorand åt att undersöka grafenoxid, ett banbrytande material som han hoppas kommer att forma teknikens framtid.

För att förstå grafenoxid, det är bäst att börja med ren grafen, som är ett ettskiktsark av kolatomer i ett bikakegitter som först gjordes 2004 av Andre Geim och Kostya Novoselov vid University of Manchester-en upptäckt som gav de två fysikerna ett Nobelpris 2010.

"Det är otroligt tunt, därför är den otroligt transparent. Det har också extremt hög konduktivitet, det är mycket bättre än koppar, och det är extremt starkt, dess draghållfasthet är ännu starkare än stål, "Sa Hunt.

"Luft skadar inte den. Den kan inte korrodera, det kan inte försämras. Det är riktigt stabilt. "

Allt detta gör grafen till en bra kandidat för solceller. Särskilt, dess transparens och konduktivitet innebär att det löser två problem med solceller:för det första, ljus behöver en bra ledare för att omvandlas till användbar energi; för det andra, cellen måste också vara transparent för att ljuset ska komma igenom.

De flesta solceller på marknaden använder indiumtennoxid med ett icke-ledande glasskyddsskikt för att möta deras behov.

"Indium är extremt sällsynt, så det blir dyrare hela tiden. Det är den faktor som kommer att hålla solceller dyra i framtiden, medan grafen kan vara mycket billigt. Kol är rikligt, sa Hunt.

Även om grafen är en bra ledare, det är inte särskilt bra på att samla den elektriska strömmen som produceras inuti solcellen, varför forskare som Hunt undersöker sätt att modifiera grafen för att göra det mer användbart.

Grafenoxid, fokus för Hunts doktorandarbete, har tvingat syre in i kolgitteret, vilket gör den mycket mindre ledande men mer transparent och en bättre laddsamlare. Huruvida det kommer att lösa solpanelproblemet återstår att se, och forskare inom området bygger upp sin förståelse för hur det nya materialet fungerar.

Med hjälp av röntgenspridningstekniker vid REIXS- och SGM-strålningslinjerna vid den kanadensiska ljuskällan, samt en Beamline 8.0.1 vid den avancerade ljuskällan, Hunt bestämde sig för att lära sig mer om hur oxidgrupper fästa vid grafengitteret förändrade det, och hur de särskilt interagerade med laddningsbärande grafenatomer.

"Grafenoxid är ganska kaotiskt. Du får inte en fin enkel struktur som du enkelt kan modellera, men jag ville modellera grafenoxid och förstå samspelet mellan dessa delar. "

Tidigare modeller hade verkat förenklade för Hunt, och han ville ha en modell som skulle återspegla grafenoxids sanna komplexitet.

Varje annan del av grafenoxiden har en unik elektronisk signatur. Med hjälp av synkrotron, Hunt kunde mäta var elektroner fanns på grafen, och hur de olika oxidgrupperna modifierade det.

Han visade att tidigare modeller var felaktiga, som han hoppas kommer att bidra till att förbättra förståelsen för effekterna av små förändringar i oxidationen.

Dessutom, han studerade hur grafenoxid sönderfaller. Några av oxidgrupperna är inte stabila, och kan gruppera sig för att riva gallret; andra kan reagera för att göra vatten. Om det finns vatten i grafenoxidanordningen, och det värms upp, vattnet kan faktiskt bränna grafenoxiden och producera koldioxid. Det är en fallgrop som kan vara viktig att förstå i utvecklingen av långvariga solceller, där solen kan ge riskvärme i ekvationen.

Mer forskning som denna kommer att vara nyckeln till att utnyttja grafen för solenergi, som Hunt förklarar.

"Det finns den här komplicerade kedjan av interaktioner som kan hända över tid, och vart och ett av dessa steg måste tas upp och kategoriseras innan vi kan göra verkliga framsteg. "