Dr. Marc Gluba en professor Dr. Norbert Nickel van het HZB Institute for Silicon Photovoltaics hebben aangetoond dat grafeen zijn indrukwekkende eigenschappen behoudt wanneer het wordt bedekt met een dunne siliciumfilm. Deze bevindingen hebben de weg vrijgemaakt voor geheel nieuwe mogelijkheden voor gebruik in dunne-film fotovoltaïsche cellen.

Grafeen heeft een extreme geleidbaarheid en is volledig transparant, terwijl het goedkoop en niet-toxisch is. Dit maakt het een perfect kandidaatmateriaal voor transparante contactlagen voor gebruik in zonnecellen om elektriciteit te geleiden zonder de hoeveelheid binnenkomend licht te verminderen - althans in theorie. Of dit waar is in een echte wereld, is twijfelachtig, aangezien er niet zoiets bestaat als "ideaal" grafeen - een vrij zwevend, platte honingraatstructuur bestaande uit een enkele laag koolstofatomen:interacties met aangrenzende lagen kunnen de eigenschappen van grafeen drastisch veranderen.

"We hebben onderzocht hoe de geleidende eigenschappen van grafeen veranderen als het wordt opgenomen in een stapel lagen die lijkt op een op silicium gebaseerde dunne-film zonnecel en we waren verrast om te ontdekken dat deze eigenschappen eigenlijk heel weinig veranderen, " legt Marc Gluba uit. Daartoe ze kweekten grafeen op een dunne koperen plaat, vervolgens overgebracht naar een glassubstraat, en tenslotte bedekt met een dunne film van silicium. Ze onderzochten twee verschillende versies die vaak worden gebruikt in conventionele dunne-filmtechnologieën van silicium:één monster bevatte een amorfe siliciumlaag, waarin de siliciumatomen zich in een ongeordende toestand bevinden, vergelijkbaar met een gehard gesmolten glas; het andere monster bevatte polykristallijn silicium om hen te helpen de effecten van een standaard kristallisatieproces op de eigenschappen van grafeen te observeren.

Hoewel de morfologie van de toplaag door verhitting tot enkele honderden graden Celsius volledig veranderde, het grafeen is nog steeds detecteerbaar. "Dat is iets wat we niet hadden verwacht te vinden, maar onze resultaten tonen aan dat grafeen grafeen blijft, zelfs als het is bedekt met silicium, ", zegt Norbert Nikkel.

Hun metingen van de mobiliteit van dragers met behulp van het Hall-effect toonden aan dat de mobiliteit van ladingsdragers in de ingebedde grafeenlaag ongeveer 30 keer groter is dan die van conventionele contactlagen op basis van zinkoxide. Gluba zegt:"Toegegeven, het was een echte uitdaging om deze dunne contactlaag te verbinden, die maar één atoomlaag dik is, naar externe contacten. Daar moeten we nog aan werken." Nickel voegt eraan toe:"Onze collega's van dunnefilmtechnologie spitsen hun oren en willen het opnemen." De onderzoekers verkregen hun metingen op monsters van één vierkante centimeter, hoewel het in de praktijk haalbaar is om veel grotere gebieden dan met grafeen te coaten.

Dit werk is onlangs gepubliceerd in Technische Natuurkunde Brieven Vol. 103, 073102 (2013).