NWO-I

NWO - Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek - print-logo

URL voor deze pagina :
https://www.nwo-i.nl/fom-historie/jaarverslagen/hoogtepunten/hoogtepunten2013/grafeenlinten-en-buisjes-geschikt-zonnecellen-nr-113/

Geprint op :
11 december 2018
16:19:13

Onderzoekers van FOM-instituut AMOLF en het Max Planck Institute for Polymer Research (Mainz, Duitsland) hebben de geleidende eigenschappen van ultradunne grafeenlagen onder invloed van licht bepaald. De resultaten van hun onderzoek kunnen leiden tot het ontwerp van een nieuwe klasse zonnecellen.

Grafeen is opgebouwd uit een enkele laag koolstofatomen. Het materiaal kan zowel licht absorberen als elektrische stroom geleiden. Om grafeen geschikt te maken als basismateriaal voor een zonnecel, moeten onderzoekers de materiaaleigenschappen zodanig veranderen dat grafeen een elektronische 'bandgap' krijgt. Zonder bandgap vervallen de door het licht vrijgemaakte elektronen heel snel.

Grafeenlinten
Elektronen kunnen allerlei verschillende energieniveaus aannemen, maar een bandgap vormt een 'verboden zone': in dit energiegebied kan zich geen enkel elektron bevinden. Om een bandgap te maken, gebruiken de onderzoekers quantumopsluitingseffecten. Zij maakten met behulp van een nieuwe, chemische bottom-up methode ultrasmalle linten van grafeen. Deze linten hebben een breedte van slechts één nanometer (een miljardste meter) en zijn langer dan tweehonderd nanometer. Het elektron wil in de breedte meer ruimte innemen dan de beschikbare nanometer, en is dus 'opgesloten' in de breedte van het lint. Die opsluiting maakt dat een bandgap ontstaat.

De onderzoekers lieten een ultrakorte puls laserlicht op de grafeenlinten vallen. Het laserlicht maakt ladingsdragers vrij in het materiaal, waardoor een elektrische stroom gaat lopen – net zoals in een zonnecel gebeurt bij zonlicht. Om de ladingsdragers te bestuderen, gebruikten de onderzoekers een speciaal ontwikkelde terahertz (THz) spectroscopietechniek. THz-spectroscopie kan de fotogeleiding op een subpicoseconde tijdschaal bepalen, zonder dat elektrische contacten vereist zijn.

Lint versus buisje
De onderzoekers vergeleken de resultaten met de fotogeleidende eigenschappen van koolstof nanobuisjes, de opgerolde variant van grafeen nanolinten. Beide materialen zijn essentiële componenten in het opkomende vakgebied van koolstofelektronica. Kennis van de geleidende eigenschappen van beide is dus van groot belang.

Met de THz-techniek bepaalden de onderzoekers de concentratie en de recombinatiesnelheid van de ladingsdragers in het grafeen. Zij toonden aan dat het laserlicht (in tegenstelling tot eerdere berichten) in beide materialen elektronen mobiel maakt, waardoor een elektrische stroom ontstaat. De koolstof nanobuisjes blijken betere geleiders dan de grafeen nanolinten. De onderzoekers publiceerden hun werk in Nature Chemistry en Nano Letters.